DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA -1_______________________________________________________________________________________ Resumen Este proyecto presenta los aspectos más importantes en el diseño ergonómico de aulas docentes y soluciones concretas aplicadas al diseño de un aula informática para un centro de estudios universitarios en España. En todas las etapas se tienen en cuenta diversos aspectos de la ingeniería que persiguen un fin común. Siguiendo los principios de la ergonomía, se busca el bienestar de todos los posibles usuarios, teniendo en cuenta la seguridad, comodidad, utilidad, accesibilidad, simplicidad de uso, higiene y condiciones ambientales. A este último punto se le otorga gran importancia dentro del proyecto. El proyecto se divide en cinco capítulos que se considera que son de gran importancia y que deben seguirse en el mismo orden durante el diseño de un aula: diseño dimensional, iluminación, acústica, ventilación y climatización e impacto medioambiental. Según los principios de diseño de la ingeniería, se busca el mínimo impacto económico y ambiental, debido tanto a los productos como a los procesos que intervienen. Por ello, todas las medidas adoptadas se adaptan de manera adecuada a las condiciones establecidas sin sobredimensionar soluciones. El texto ofrece una guía a seguir en el diseño ergonómico de aulas informáticas, y concluye con un resumen de los aspectos más importantes que se han considerado a lo largo del proyecto y que pueden aplicarse en otros proyectos similares. -2Memoria _______________________________________________________________________________________ DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA -3_______________________________________________________________________________________ Sumario RESUMEN _______________________________________________________ 1 SUMARIO ________________________________________________________ 2 1. INTRODUCCIÓN ______________________________________________ 5 1.1. 1.2. 2. DISEÑO DIMENSIONAL ________________________________________ 7 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 3. Introducción............................................................................................................ 65 Acústica en aulas docentes.................................................................................... 67 Diseño acústico del aula ........................................................................................ 75 Acústica en ventilación y climatización................................................................... 99 Conclusiones....................................................................................................... 104 VENTILACIÓN Y CLIMATIZACIÓN ______________________________ 105 5.1. 5.2. 5.3. 6. Introducción a la iluminación interior ...................................................................... 37 Iluminación en aulas de informática ....................................................................... 38 Dieño de la instalación de iluminación del aula ...................................................... 45 Conclusiones ......................................................................................................... 63 ACÚSTICA __________________________________________________ 65 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 5. Antropometría .......................................................................................................... 7 Diseño del puesto de trabajo.................................................................................. 14 Diseño preliminar del aula informática ................................................................... 29 Conclusiones ......................................................................................................... 36 ILUMINACIÓN _______________________________________________ 37 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 4. Problemática y Objectivos del proyecto................................................................... 5 Alcance del proyecto................................................................................................ 5 Introducción.......................................................................................................... 105 Condiciones de ventilación y climatización........................................................... 106 Conclusiones ....................................................................................................... 115 IMPACTO MEDIOAMBIENTAL _________________________________ 116 6.1. 6.2. 6.3. Estudio de Impacto Ambiental.............................................................................. 116 Impacto medioambiental de la adecuación del aula............................................. 117 Conclusiones ....................................................................................................... 120 CONCLUSIONES ________________________________________________ 121 BIBLIOGRAFIA__________________________________________________ 123 Referencias bibliográficas .............................................................................................. 123 Bibliografía complementaria ........................................................................................... 124 -4Memoria _______________________________________________________________________________________ DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA -5_______________________________________________________________________________________ 1. Introducción 1.1. Problemática y objetivos del proyecto En los últimos tiempos las consultas médicas han sido testigos de un gran aumento en el número de jóvenes que acuden por dolores en muñecas, brazos, cuello, espalda y molestias en los ojos. Estos dolores son causados por estrés repetitivo o sobrecarga de distintas partes del cuerpo, debido a uso excesivo del teclado, muebles inadecuados, malas posturas, mala iluminación al trabajar, contracturas musculares por aire acondicionado excesivo y situaciones de malestar en general. Es habitual encontrar controles esporádicos realizados por empresas de salud dentro del mundo laboral, pero todavía no dentro del mundo estudiantil. Las instituciones educativas no están considerando la ergonomía en las aulas, poniendo en peligro la salud y el bienestar futuro de los alumnos. A nivel universitario, los principales efectos de estas situaciones son: síndrome del túnel carpiano, tendinitis, otros daños en músculos, tendones y nervios, y miopía. El diseño ergonómico de las aulas informáticas de los centros educativos, donde se pasan largas jornadas de trabajo, es un comienzo para adaptar el ambiente educativo a los alumnos y otros usuarios; esto generará un mayor rendimiento intelectual por parte de estos, reduciendo su fatiga, y creando un ambiente seguro, cómodo y agradable. El presente proyecto pretende mostrar unas pautas a seguir en el diseño ergonómico de aulas docentes, proponiendo soluciones concretas al caso de un aula informática universitaria tipo. 1.2. Alcance del proyecto Este proyecto abarca un amplio abanico de aspectos de diseño: diseño dimensional, iluminación, acústica, ventilación y climatización. Aunque las soluciones propuestas son aplicables al caso concreto que se estudia, la visión general de las distintas medidas adoptables permite que el texto sirva de referencia para el diseño de aulas con configuraciones arquitectónicas distintas y otros tipos de aulas que no sean informáticas. Cabe destacar que la falta de datos antropométricos oficiales actualizados en España hace que el diseño pueda variar ligeramente según los datos utilizados. -6Memoria _______________________________________________________________________________________ DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA -7_______________________________________________________________________________________ 2. Diseño dimensional En el diseño dimensional de puestos de trabajo, válido para el diseño de aulas docentes, se emplean como herramientas principales la antropometría y los principios de la ergonomía para adaptar el entorno a las personas. A partir de los estudios antropométricos disponibles y de las normativas y recomendaciones vigentes, se puede definir la configuración más adecuada del ambiente y de los elementos para poder desarrollar las actividades pertinentes. 2.1. Antropometría Se puede definir la antropometría como la ciencia que estudia las dimensiones del cuerpo humano. Cabe diferenciar la antropometría estática, que estudia las dimensiones del cuerpo humano, de la dinámica, que estudia las posiciones resultantes de los movimientos y el estrés muscular. En ergonomía siempre se utiliza la antropometría dinámica, porque las personas están en continuo movimiento, aunque estén en reposo. Cuando se está en una misma postura durante largo tiempo es necesario moverse o adoptar otra postura; incluso cuando las personas duermen cambian de postura cada cierto tiempo. Para el diseño se recurrirá a datos antropométricos y unas exigencias ergonómicas previas. Con ello se podrá definir el mobiliario, las dimensiones y espacios libres de cada puesto de trabajo y posteriormente de todo el aula. 2.1.1. Relaciones en los sistemas persona-máquina En el diseño ergonómico de puestos de trabajo, se consideran cuatro relaciones personamáquina principales [2]: - relaciones dimensionales relaciones informativas relaciones de control relaciones ambientales -8Memoria _______________________________________________________________________________________ Las relaciones dimensionales deben generar un puesto de trabajo que permita una correcta unión entre las dimensiones antropométricas de los usuarios y las dimensiones de los objetos del puesto. Las relaciones informativas deben ajustarse a la percepción necesaria del usuario para desempeñar su función correctamente y proporcionar la información necesaria. Las relaciones de control deben permitir una regulación del sistema por parte del usuario para que pueda desempeñar su función con eficiencia, seguridad y comodidad. Las relaciones ambientales son las que deben conseguir que el ambiente de trabajo sea lo más adecuado posible a las actividades que se realizan en el lugar. 2.1.2. Principios de diseño antropométrico Los tres principios de diseño antropométrico son los siguientes [1]: 1. Principio del diseño para un intervalo de usuarios ajustable. 2. Principio del diseño para usuarios extremos. 3. Principio del diseño para el promedio El principio de diseño para un intervalo de usuarios ajustable es el más adecuado para el diseño de elementos que pueden variar dimensionalmente, como la altura de los asientos y sus respaldos y apoyabrazos. Pero no es un método útil para dimensiones de alcance mínimo y máximo de los brazos, que no son regulables. Hay que considerar que las dimensiones regulables encarecen los elementos del proyecto y, por tanto, sólo deben aplicarse cuando sean realmente útiles, como en sillas regulables en altura. Para simplificar los elementos regulables y encarecerse lo justo, pueden diseñarse para el intervalo de dimensiones de percentiles 5 al 95, en vez del 1 al 99, según convenga. Bajo este criterio, se adapta la variabilidad de cada medida del cuerpo humano, de las realizadas a la población de la muestra, a una distribución aproximadamente normal (curva de Gauss). DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA -9_______________________________________________________________________________________ Fig. 2.1. Ejemplo de distribución normal de valores antropométricos de la población [3] El tamaño de la muestra es muy importante en el diseño de puestos de trabajo. En puestos concretos, como los de una fábrica, es necesario tomar una muestra suficiente para que los resultados obtenidos sean útiles. En lugares con usuarios muy numerosos y distintos, como universidades, bibliotecas y otros lugares públicos, la toma de medidas antropométricas debe realizarse de manera continua por algún organismo público. Esto permite adaptar los lugares a las diversas personas y a los cambios. En España existen pocos estudios de este tipo y que no incluyen muestras de todas las comunidades autónomas. Algunos de los organismos que realizan este tipo de estudios son el Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo (INSHT) [3] y el Instituto de Biomecánica de Valencia. El principio del diseño para usuarios extremos se utiliza en algunos casos para máximos y en otros para mínimos, según la dimensión considerada. Se emplea el máximo y el mínimo cuando la dimensión debe permitir la actividad a todas las personas, independientemente de la comodidad, estética, presupuesto y otros aspectos. Por ejemplo, la distancia al teclado y al ratón se diseña para el mínimo alcance de las personas del grupo. En cambio, el ancho del asiento debe diseñarse para la máxima anchura de caderas de las personas del grupo, para que todos puedan sentarse de manera más o menos cómoda según su tamaño. En general no se emplean - 10 Memoria _______________________________________________________________________________________ estrictamente el máximo y el mínimo, si no el 5% y el 95% de los valores máximos, por cuestiones constructivas y económicas. Por ejemplo, no es necesario construir la puerta con una altura libre correspondiente al máximo de la muestra, 1,855 m (percentil 99 de los datos del estudio considerado). Con una altura de 1,800 m ya pasará a través de ella el 95% de la muestra considerada sin agacharse, ahorrando en espacio y materiales. El principio del diseño para el promedio se aplica excepcionalmente cuando por problemas prácticos no son aplicables los otros dos principios, puesto que el promedio deja fuera a un gran número de personas. La aplicación de este principio de diseño impediría que las personas por encima de la media pudieran realizar algunas actividades correctamente. Por ejemplo, si la altura del asiento de una silla está diseñada para una población cuya altura poplítea promedio es de 35 cm, todas aquellas personas con una altura poplítea menor de 35 no llegarán con los pies al suelo, con la consecuente incomodidad debido a la reducción del riego sanguíneo por debajo de la rodilla. En el presente proyecto se escogerá en cada caso un percentil de 5, 50 y/o 95 para cada medida, según convenga, indicándolo en cada caso. Estos valores pueden representar medidas exactas o márgenes de adaptabilidad del mobiliario o las distintas zonas. 2.1.3. Dimensiones antropométricas Las diferencias en las dimensiones antropométricas se hacen evidentes entre personas de distintas razas, países y regiones. Por ello, en este diseño se presentan datos antropométricos de diversas comunidades autónomas de España. Sólo se utilizarán aquellas medidas que sean significativas para las actividades que se realizan en posición sentada. En España no se dispone de datos antropométricos oficiales actuales. Por ello hay que recurrir a estudios realizados por diversas organizaciones en algunas comunidades autónomas, a la hora de diseñar ambientes de trabajo para una gran variedad de personas. Sólo en casos de diseño para un tipo concreto de personas es rentable realizar mediciones antropométricas para hacer estudios personalizados; por ejemplo, diseño de puestos de trabajo en fábricas, donde se realizan movimientos concretos para ese puesto de manera repetitiva. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 11 _______________________________________________________________________________________ Fig. 2.2. Dimensiones antropométricas principales en posición sentada [3] MINISTERIO DE TRABAJO Y ASUNTOS SOCIALES [4] Datos Antropométricos de la población laboral española, en milimetros. Informe provisional de resultados (INSHT / CNMP – PN-543): Altura de la espina ilíaca Altura de la tibia Longitud codo-puño Alcance max horizontal (puño cerrado) Altura sentado Altura de los ojos-asiento (sentado) Altura de los hombros-asiento (sentado) Altura del codo-asiento (sentado) Altura del muslo-suelo (sentado) Longitud de la pierna (altura del poplíteo) Espesor del muslo (sentado) Profundidad de asiento Longitud rodilla-trasero Longitud hombro-codo (sentado) Anchura de hombros (biacromial) Anchura de caderas (sentado) Profundidad abdominal (sentado) Anchura entre codos Longitud del pie Percentil 5 843 400 292 606 793 690 524 182 498 368 112 450 541 312 304 316 173 367 221 Percentil 50 940 457 337 700 859 753 579 224 558 419 145 492 590 356 372 364 238 461 253 Percentil 95 1.048 529 376 785 929 819 635 269 615 464 174 540 644 395 432 417 314 542 279 Tabla 2.1. Medidas antropométricas, en mm, utilizadas para el diseño Las medidas anteriores influyen sobre el diseño de distintos elementos, así como su posición: alcances del cuerpo, dimensiones de la silla y de la mesa, elementos auxiliares, etc. Además de estas medidas antropométricas, se han tenido en cuenta otras - 12 Memoria _______________________________________________________________________________________ dimensiones recomendadas en el diseño de puestos de trabajo, y que se presentan más adelante. Es importante indicar, de cara al diseño del aula, la distribución de zurdos y diestros entre la población del estudio: Distribución de diestros y zurdos 100% 90% 96,3% 94,5% 95,1% 80% 70% 60% Diestros 50% Zurdos 40% 30% 20% 10% 5,5% 3,7% 4,9% 0% Hombres Mujeres TOTAL Fig. 2.3. Distribución de diestros y zurdos Con estos datos se puede concluir que basta con habilitar 2 zonas de trabajo para zurdos, de un total de aproximadamente 30 de un aula informática; un 5% de los puestos de trabajo. Además, hoy en día la mayoría de elementos de trabajo con ordenador sirven para ambas personas indistintamente. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 13 _______________________________________________________________________________________ Con las medidas antropométricas obtenidas, se puede definir el siguiente usuario tipo en posición sentada, a partir del cual se diseñará el puesto de trabajo, así como sus elementos, teniendo en cuenta las posibles variaciones importantes entre personas de distinto tipo, como los intervalos ajustables necesarios. Fig. 2.4. Dimensiones antropométricas y cotas de posición sentada - 14 Memoria _______________________________________________________________________________________ 2.2. Diseño del puesto de trabajo El estudio de los puestos de trabajo con ordenador debe ser multidisciplinar, ya que debe tener en cuenta el ambiente visual y la iluminación, las condiciones acústicas, el análisis de datos antropométricos, las dimensiones del puesto de trabajo, de sus elementos y su distribución por el espacio del local y especificaciones sobre el mobiliario (asiento, mesa, pantalla, teclado, etc.). También se requiere un estudio de la organización del trabajo y los distintos hábitos de los usuarios, pero estos últimos puntos no son objetivo de este proyecto. El diseño de los puestos de trabajo y, especialmente, de la configuración del aula informática se va perfilando a lo largo de los capítulos del proyecto. 2.2.1. Diseño de las sillas Se deben diseñar las sillas de tal manera que permitan realizar las actividades de la mejor manera posible, con comodidad y seguridad. Las principales características ergonómicas que deben tener son: Altura regulable. Cada persona debe poder adoptar una posición en la que sus rodillas formen un ángulo de 90º con los pies apoyados planos sobre el suelo. Respaldo regulable en altura. También ligeramente inclinable o regulable en inclinación para pequeñas variaciones de la postura. Base de apoyo con 5 patas, para una buena estabilidad al vuelco, y con ruedas. Material de revestimiento del asiento de tejido flexible y transpirable, con un acolchamiento de entre 15 y 20 mm de espesor. El borde anterior del asiento debe estar redondeado y acolchado, para evitar presión en la zona sacro poplítea, lo que disminuiría el riego sanguíneo a las piernas. Es recomendable la utilización de sillas con apoyabrazos, así como el uso de reposapiés inclinables. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 15 _______________________________________________________________________________________ La siguiente tabla resume y cuantifica las características ergonómicas principales a tener en cuenta durante el diseño [3]: Condición de Diseño anchura suficiente para todos los usuarios altura regulable; apoyo de pies en el suelo evitar opresión de la zona poplítea Zona del cuerpo afectada Característica de la silla afectada Medida a adoptar Medida detallada ancho caderas ancho asiento percentil 95 417 mm altura poplítea altura asiento regulable percentil 5-95 368-464 mm sacro poplítea profundidad asiento y forma frontal percentil 5 y borde redondeado 450 mm, borde redondeado superficie asiento distribución del peso glúteos y muslos ajustabilidad para múltiples posiciones zona lumbar inclinación respaldo 95º-110º 95º-110º brazos brazos brazos percentil 5-95 pecentil 95 > 15 cm percentil 5-95 564-658 mm 542 mm aprox. 300 mm 475-584 mm ancho hombros ancho hombros altura apoyabrazos regulable separación apoyabrazos longitud apoyabrazos altura apoyo lumbar regulable altura total respaldo hasta hombros inclinación respaldo ancho respaldo curvatura respaldo -- apoyo sobre el suelo -- apoyo sobre el suelo ruedas y apoyabrazos --- peso materiales y recubrimientos componentes materiales ligeros < 5 kg tapizado lavable piezas standard zona lumbar ajustable a la espalda estabilidad manejabilidad facilidad de limpieza facilidad de recambios recubrimiento asiento inclinación asiento superficie blanda, transpirable superficie uniforme y anatómica y anatómica > 15 mm 20 mm 5º 5º percentil 50 579 mm 95º-110º percentil 95 percentil 95 soporte múltiples radios con ruedas 95º-110º 432 mm 432 mm soporte 5 radios con ruedas 5 ruedas y 2 apoyabrazos ajustables peso conjunto < 5 kg tapizado lavable tornillería standard Tabla 2.2. Características de las sillas a diseñar Las medidas antropométricas básicas necesarias para el diseño de las sillas adecuadas son las de la tabla siguiente: (las medidas resaltadas en negrita indican el percentil escogido en cada caso para reducir limitaciones de uso). Percentil 5 Percentil 50 A Altura Poplítea Posición Sentado 368 419 Percentil 95 464 B Longitud nalga-poplíteo 450 492 540 C Altura codo-asiento 182 224 269 D Altura hombro-asiento 524 579 635 E Altura sentado normal 793 859 929 F Anchura codo-codo 367 461 542 417 G Anchura caderas 316 364 H Anchura hombros 304 372 432 I Altura lumbar-asiento 202 244 289 Longitud codo-puño 292 337 376 Tabla 2.3. Medidas antropométricas para el diseño de las sillas - 16 Memoria _______________________________________________________________________________________ En el diseño de las sillas se tienen en cuenta las siguientes recomendaciones dimensionales del Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo: Fig. 2.5. Recomendaciones del INSHT para el diseño de sillas [3] Con base a las medias antropométricas disponibles y a las recomendaciones dimensionales y constructivas, se puede realizar un esquema acotado del esqueleto de la silla adecuada para el aula informática. Fig. 2.6. Cotas del alzado de la silla DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 17 _______________________________________________________________________________________ Fig. 2.7. Cotas del perfil de la silla Fig. 2.8. Cotas de la planta de la silla - 18 Memoria _______________________________________________________________________________________ 2.2.2. Diseño de la zona de trabajo Una vez definido el asiento, es necesario establecer una serie de medidas y distancias que harán el lugar de trabajo lo más adecuado posible. Para el diseño del puesto se debe considerar el alcance del cuerpo en cada zona y las dimensiones mínimas de espacio libre para una buena libertad de movimientos. Mesa Respecto a las dimensiones de las mesas de trabajo/oficina para trabajar con ordenadores, se establecen unos valores recomendados para permitir una libertad de movimientos y comodidad adecuados. - Longitud mínima de 1.000 mm y óptima de 1.500 mm. Anchura mínima de 800 mm y óptima de 900 mm. Espacio mínimo bajo la mesa de 700x700x700 mm. Espacio mínimo entre muslo y mesa de 70 mm. Espacio libre mínimo delante de la mesa de 800 mm. Fig. 2.9. Dimensiones óptimas adoptadas para las mesas de trabajo DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 19 _______________________________________________________________________________________ Hay que considerar otras características muy importantes en la elección de la mesa de trabajo adecuada: color mate para evitar reflejos de la iluminación tanto natural como artificial, superficie lisa para facilitar la escritura manual y la limpieza, superficie dura para que no quede deformada o marcada por el equipo de trabajo que se coloque sobre ella, etc. Es muy importante que las mesas dispongan de pasacables en las patas y soportes para la CPU del ordenador. Los pasacables son imprescindibles para organizar el gran número de cables que pasan por las mesas, sobretodo los gruesos cables de alimentación y los de conexión en red, para evitar accidentes y su deterioro. Los soportes para las CPU evitan que estas sufran golpes y vuelcos. Las CPU se pueden anclar a los soportes con sistemas antirrobo. Para minimizar el espacio y coste derivados del cableado, para crear una red de ordenadores se propone la utilización de una red inalámbrica WLAN (Wireless Local Area Network). - 20 Memoria _______________________________________________________________________________________ Alcance del cuerpo Es necesario situar todos los elementos de control del equipo informático dentro del alcance del usuario y distribuirlos por las zonas según la frecuencia de uso de cada uno y su modo de accionamiento. El alcance de los usuarios, según las dimensiones antropométricas de este proyecto, y en los planos vertical y horizontal, es el siguiente: PERCENTIL 95 ALCANCE MÁXIMO PERCENTIL 50 PERCENTIL 5 ALCANCE MÁXIMO ALCANCE MÍNIMO ARTICULACIÓN HOMBROS ARTICULACIÓN CODO ARTICULACIÓN CADERA ARTICULACIÓN RODILLA REPOSAPIÉS Fig. 2.10. Alcance de los usuarios en los planos vertical y horizontal respectivamente DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 21 _______________________________________________________________________________________ La zona de alcance de cada usuario, en el plano horizontal, se divide en otras zonas menores, según los datos utilizados en este proyecto: ZONA DE TRABAJO DE ZONA DE TRABAJO DE AMBAS MANOS LA MANO IZQUIERDA ZONA DE TRABAJO DE LA MANO DERECHA ZONA DE TRABAJO DE PRECISIÓN PARA AMBAS MANOS Fig. 2.11. Zonas de trabajo dentro del alcance de los usuarios [2]. Los elementos de trabajo deben situarse en su zona correspondiente, pero siempre con posibilidad de modificación para adaptarse a distintos usuarios. - - Teclado en zona de trabajo para ambas manos y centrado respecto a los hombros. Ratón en zona de comodidad para trabajar con una mano (intercambiable entre zonas para diestros y zurdos). Esto implica la utilización de un ratón ambidiestro. Pantalla de visualización centrada respecto al usuario y dentro de su alcance. Elementos colocados dentro de un área de abertura máxima de 45º, a ambos lados de los hombros y hacia fuera. - 22 Memoria _______________________________________________________________________________________ El reparto del equipo de trabajo por las distintas zonas queda como sigue: Fig. 2.12. Distribución del equipo de trabajo por las zonas de alcance 2.2.3. Componentes del equipo de trabajo Una particularidad importante hoy en día de los puestos de trabajo de todo tipo es la existencia de un ordenador, especialmente en centros docentes. Por eso, es de vital importancia el estudio de la forma en que afecta este equipo al trabajador. Fatiga Las alteraciones sufridas por los usuarios de ordenadores son: a) Fatiga visual. b) Trastornos posturales (fatiga física). c) Fatiga mental o psicológica. a) La fatiga visual es una modificación funcional, de carácter reversible, debida a un esfuerzo excesivo del aparato visual. Si se siente pesadez en los párpados u ojos, picor o enrojecimiento ocular, lagrimeo o quemazón en los ojos, se debe comprobar la distancia óptima de la pantalla, la altura, los contrastes y brillo de la pantalla. En cambio, si se ve DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 23 _______________________________________________________________________________________ borroso, o se ven doble los caracteres del ordenador, se debe adaptar el tamaño de los mismos a la agudeza visual de cada usuario, suponiendo que su visión es buena. b) La fatiga física se debe bien a una tensión muscular estática o dinámica, a una tensión excesiva del conjunto del organismo, o a un esfuerzo excesivo del sistema psicomotor. La posición sentada es más estable que las otras posturas. Esto supone menor gasto energético y, como consecuencia, menor fatiga. Por eso, en la actualidad se está imponiendo esta posición: el 75% de los puestos de trabajo actuales se diseñan para estar sentado. No obstante, la posición sentada es antinatural y supone una basculación de la cadera y una modificación de la disposición de la columna vertebral, que pasa del perfil natural cuando está de pie, a un perfil que genera más tensiones. Si se produce un dolor habitual en la espalda, tensión y dolor en hombros, cuello y espalda, así como molestias en las piernas de tipo calambres y/o adormecimiento, se deben comprobar diversos puntos: - La regulación de altura y respaldo de la silla. Que se trabaja con los brazos apoyados. Que el porta-documentos esté a la misma altura y distancia que la pantalla y más próximo posible a ella. Que sea correcta la postura de las piernas. Que no trabajamos con las piernas cruzadas y la postura es correcta. Que no se comprime la parte sacro-poplítea con el borde de la silla. c) La fatiga mental o psicológica se debe a un esfuerzo intelectual o mental excesivo. Este tipo de fatiga es la que tiene mayor incidencia entre los usuarios de pantallas de visualización. La recomendación básica para reducir en lo posible la fatiga de cualquiera de los tres tipos citados, además de cumplir con los requisitos ergonómicos para el puesto de trabajo, es el establecimiento de pausas durante el tiempo de trabajo. Actualmente se recomiendan pausas de escasa duración pero frecuentes, de aproximadamente 10 minutos cada una o dos horas de trabajo. - 24 Memoria _______________________________________________________________________________________ Pantallas de visualización de datos (PVD) [3] Lím ite ca mp o úti l Para poder analizar las condiciones óptimas de las pantallas de visualización de datos (pantallas de ordenador) es necesario conocer las distintas zonas del campo visual. Hay que considerar que los ángulos de visión que delimitan cada zona varían ligeramente, del orden de 5º a 10º, según la bibliografía, y por tanto deben tomarse de manera orientativa. ite Lím d n ci ó rma o f n ei Rango de inclinaciones de las patallas de datos Límite zona óptima Eje r epos o Lím ite z Lím d ite nf o ei óp tim a Rango de inclinaciones de las patallas de datos a rm n ció útil campo Límite on a visua l Fig. 2.13. Análisis del campo visual en el plano vertical DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 25 _______________________________________________________________________________________ VISIÓN BINOCULAR 3D Lím ite Límite distinción entre símbolos pe rce pc ión c olo res VISIÓN MONOCULAR visión Límite campo de EJE SIMETRÍA VISUAL Zona óptima para movimiento ojos VISIÓN MONOCULAR Límite campo de visión Fig. 2.14. Análisis del campo visual en el plano horizontal Existen algunos puntos a considerar para un uso cómodo y saludable de las pantallas de visualización de los ordenadores. Estos puntos se basan en las distintas zonas del campo visual. Destacan los siguientes puntos: • La pantalla, el teclado y los documentos escritos con los que trabaja el usuario de pantallas de visualización deben encontrarse a una distancia similar de los ojos para evitar la fatiga visual. • El borde superior de la pantalla debe estar a la misma altura que los ojos. Por eso la pantalla debe ser regulable en altura. • El ángulo des del centro de la pantalla hasta los ojos, respecto a la horizontal, debe ser inferior a 40º. Por eso la pantalla debe ser regulable en inclinación. • El teclado debe situarse cerca de la zona de los 60º hacia abajo respecto a la horizontal, para que entre dentro del campo de visión sin tener que inclinar la cabeza de manera significativa. • La distancia visual óptima debe estar entre los 400 y 550 mm., con un máximo de 700 mm, para casos excepcionales. • El ángulo visual óptimo para que el usuario de las pantallas de visualización trabaje en posición sentada debe estar comprendido entre 10° y 30° por debajo de la horizontal. - 26 Memoria _______________________________________________________________________________________ • Adecuar la posición de la pantalla con relación a las entradas de iluminación, tanto natural como artificial, en previsión de posibles deslumbramientos. Las pantallas nunca deben quedar delante o detrás de las fuentes de luz, sinó a los lados. • Colocar la pantalla alejada de las ventanas: ninguna ventana debe encontrarse delante ni detrás de la pantalla. • Colocar la pantalla perpendicular a las luces. El eje principal de la vista del usuario debe ser paralelo a la línea de ventanas. • Mantener la pantalla limpia, para reducir la fatiga visual. Actualmente, no hay evidencia de que las radiaciones producidas por las pantallas de visualización de datos que se utilizan sean nocivas para el ser humano. Por ello, no es necesaria la instalación de filtros de radiaciones. Sin embargo, si que cabe destacar que dichas radiaciones no afectan a la persona que hay frente a la pantalla tanto como a las personas que hay detrás y a los lados. Esto requiere una mínim distancia de seguridad respecto a usuarios que hay delante y a los lados. Siguiendo las recomendaciones listadas se define el alcance visual de cada puesto de trabajo con las dimensiones que muestra la figura. La adaptabilidad de la altura e inclinación de la pantalla permite mantener estas dimensiones para distintos usuarios. LÍNEAS DE VISIÓN Ángu lo óp timo de v isión Fig. 2.15. Dimensiones del alcance visual en el puesto de trabajo con ordenador Las pantallas planas TFT de última generación ocupan menos espacio en la zona de trabajo que las tradicionales. Además, reducen los reflejos de iluminación y facilitan la modificación de su altura, inclinación y posición. Para las actividades habituales de DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 27 _______________________________________________________________________________________ proceso de texto, hojas de cálculo, etc., es suficiente una pantalla de 15 pulgadas (in). En el caso de un aula informática de una escuela de ingeniería o similar, en la que se realizan actividades de CAD y CAM entre otras, son necesarias pantallas de al menos 17 in, siendo recomendables las de 19 in. Cabe destacar que estas últimas aumentan notablemente el supuesto de los equipos informáticos y disminuyen la visibilidad de los usuarios respecto al frontal de la clase. Reposapiés Según las necesidades individuales, cuando las características personales lo hagan necesario (estatura, problemas de circulación en las piernas, etc..) y a petición del interesado, se puede disponer de un reposapiés. Este debe tener una anchura mínima de 40 cm, una profundidad de 30 cm y una inclinación de entre 0º y 20º grados. Si es antideslizante ayuda a descansar los pies, porque no requiere una postura rígida y constante para sujetar los pies. Teclado El teclado deberá ser inclinable e independiente de la pantalla para permitir que el trabajador adopte una postura cómoda que no provoque cansancio en los brazos y manos. Debe estar colocado frente al usuario, perpendicular al eje de visión y nunca en un lateral del puesto de trabajo para evitar giros y posturas innecesarias. La posición del teclado debe permitir al trabajador tener los brazos doblados, por el codo, con un ángulo de 90º o ligeramente superior, con la espalda recta, y los hombros en postura relajada. Las condiciones que debe cumplir cualquier teclado para el trabajo con pantallas de visualización de datos son: • Movilidad e independencia de la pantalla. • Inclinable entre 5º y 15º. • Teclas mates, fáciles de limpiar y ligeramente curvadas (cóncavas). • Se recomienda que la altura de la fila central del teclado respecto del suelo esté comprendida entre 60 y 75 cm. • Alto contraste de color entre las teclas y los caracteres; preferiblemente teclas claras con caracteres negros. • Teclas bien diferenciadas por funciones (teclado numérico, Internet, controles de volumen e imagen, etc.); es útil distinguirlas en grupos mediante ligeras variaciones en el color de fondo. • Teclas que ejerzan una ligera oposición a la presión, para informar al usuario de su utilización. - 28 Memoria _______________________________________________________________________________________ En aulas informáticas es de gran importancia que los teclados sean de tipo silencioso, por el estrés mental que puede provocar un grupo numeroso de usuarios tecleando a la vez durante un largo periodo de tiempo. Reposamuñecas El reposamuñecas es una almohadilla que se coloca en el borde del teclado, y/ o de la alfombrilla del ratón, cuya función es la de mantener la muñeca apoyada a una altura suficiente para poder trabajar con ella recta, reduciendo la fatiga de sus músculos y tendones. Este elemento es imprescindible para personas con las manos pequeñas, ya que no pueden reposar la muñeca sobre la mesa mientras teclean o utilizan el ratón. Esto genera cansancio e incomodidad por tener la muñeca torcida de manera constante. Porta-documentos En los casos en que se requiere tener visibles documentos en papel mientras se utilizan las PVD, es muy útil disponer de un porta-documentos. Este permite minimizar los movimientos de cabeza y manos, aumentando la productividad y la comodidad. El porta-documentos debe ofrecer la posibilidad de ser emplazado en cualquier lugar del puesto de trabajo cercano a la pantalla. Debe ser regulable en altura y permitir una gran inclinación respecto al plano horizontal para adecuarse a cada usuario, según la altura de su plano visual y sus condiciones ópticas. Para prevenir la fatiga de una parte de los músculos oculomotores, es conveniente que el documento y la pantalla se sitúen lo más próximos posible. Cuando la mirada alterna principalmente entre el documento y el teclado, el documento debe colocarse lo más cerca posible del teclado. Puntos de conexión y toma de corriente Para evitar accidentes y facilitar el cableado, es necesario situar en cada puesto de trabajo los diversos elementos situados debajo de cada mesa y alejados de las zonas de paso y del espacio para las piernas. Estos elementos son: - Mínimo de 3 puntos de toma de corriente a 220V, para la alimentación de la CPU, la pantalla y una toma extra. Una conexión de red LAN por cable de alta velocidad. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 29 _______________________________________________________________________________________ Siempre que sea posible, las tomas de conexión deben ir protegidas con una tapa, que permita el paso de los cables cuando está cerrada, y que los cables pasen por dentro del suelo. En caso de que esto no sea posible, se protegerán los caminos que sigan los cables con canales o regletas de PVC fijados al suelo. Fig. 2.16. Canales de PVC para protección del cableado 2.3. Diseño preliminar del aula informática 2.3.1. Elementos de trabajo comunes del aula Además de los elementos del equipo de trabajo de cada puesto, existen otros elementos comunes que no deben faltar en el aula informática. Los elementos imprescindibles son: - Pizarra Colgadores de ropa Proyector para PC Pantalla de proyección Conexiones de red WLAN Los colgadores de ropa son imprescindibles para no entorpecer el paso de las personas, así como su trabajo. Para ello, deben instalarse en una pared lateral, donde se disponga de mayor anchura libre de paso. El proyector del PC del profesor debe instalarse sobre un falso techo y cablease por su interior. La inclinación del proyector se considera no alterable y por ello debe estar correctamente fijado apuntando a la pantalla de protección; pantalla de aproximadamente 2,5 x 1,80 metros. Dicha pantalla se coloca centrada en la pared frontal del aula y debe ser enrollable. - 30 Memoria _______________________________________________________________________________________ Fig. 2.17. Relación entre el tamaño de la imagen, el zoom y la distancia a la pantalla El tamaño de la imagen proyectada, entre el zoom mínimo y el máximo, depende de la distancia de instalación del proyector respecto a la pantalla. Algunos fabricantes de proyectores proporcionan una tabla que da el tamaño de la diagonal de la imagen según el zoom utilizado y la distancia a la pantalla. Las antenas de conexión WLAN ocupan muy poco espacio y deben instalarse en el techo del aula, alejadas de cualquier obstáculo que impida que algún equipo de trabajo no reciba la señal correctamente. Se propone su instalación y cableado sobre un falso techo y en una zona donde no haya nada debajo, para facilitar el mantenimiento. En caso de instalarse en el centro del aula esta deberá ser una antena omnidireccional. Si se instala en una esquina del aula esta deberá ser una antena direccional (o de panel). Fig. 2.18. Antenas de tipo omndireccional y direccional, respectivamente DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 31 _______________________________________________________________________________________ 2.3.2. Distribución del aula informática Para la realización de todo el diseño se considerará un aula informática de tipo estándar, rectangular, con unas dimensiones de 15x10x3 metros, con una capacidad para aproximadamente 30 alumnos. Dispone de ventanas a lo largo de todo un lateral de 15 metros y la entrada por el lado contrario. La capacidad de alumnos viene determinada por las dimensiones de separación de cada puesto de trabajo. Teniendo en cuenta los espacios de habitabilidad mínimos expuestos anteriormente se considera oportuno no exceder los 30 alumnos. La distribución de las mesas se realiza en 6 columnas de 5 mesas cada una, perpendiculares a las ventanas para evitar deslumbramientos, formando una longitud total de 7,5 metros por columna. Esto deja un espacio libre de 2,2 metros en un lateral del aula para que 2 personas puedan desplazarse con comodidad en ambos sentidos y a la vez. Además permite que un buen número de personas pueda esperar un lugar de trabajo libre sin estorbar a los demás. En esta zona es donde se deben habilitar los colgadores de ropa, y en ninguna otra, ya que aquí no reducirán espacio necesario para circular. Se ha mencionado que es necesario dejar al menos 80 cm de separación entre filas de mesas. Debido a las dimensiones del aula es posible ampliar esta distancia hasta los 120 cm, dejando una distancia aproximada de unos 70 cm (doble del ancho de cadera) entre la silla de un usuario y la mesa de atrás, para permitir la entrada y salida de usuarios de cualquier puesto de trabajo sin que otros tengan que levantarse. Esta distancia también facilita el acceso a personal de limpieza, así como sus quipos de trabajo, a todos los lugares del aula. - 32 Memoria _______________________________________________________________________________________ Fig. 2.19. Representación de la distribución del aula Entre la primera columna de mesas y la pared de la pizarra se ha dejado libre una distancia de 2,3 metros, para permitir el movimiento cómodo de la persona o personas dirigiendo la clase, así como la colocación de una mesa de cara al resto de la clase. Esta distancia también permite el acceso a personas en silla de ruedas. El profesor dispone de una mesa particular, en sentido contrario a las demás, en la esquina del aula. Existe una distancia de 140 cm des del extremo de la mesa hasta la pared, suficiente para un fácil movimiento y para permitir una posible maniobra con silla de ruedas. Cabe destacar como punto importante que en un aula de estas características es muy útil colocar dos sillas por cada puesto de trabajo. Como el diseño del puesto de trabajo se ha realizado con unas dimensiones suficientemente holgadas, esto permite que dos usuarios trabajen juntos en un mismo equipo. Este sistema también permite ampliar en gran medida la capacidad del aula, aunque no es recomendable que esto sea una práctica DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 33 _______________________________________________________________________________________ habitual en clases con muchos alumnos, ya que la efectividad acústica y climática del aula se puede ver afectada enormemente. Las dimensiones definitivas de la distribución del aula se pueden ver en el plano correspondiente. Fig. 2.20. Dimensiones finales de distribución del aula 2.3.3. Adaptación para minusválidos La Ley 13/1982, de 7 de abril, de Integración Social de los Minusválidos, dispone que las Administraciones Públicas competentes deben adoptar las medidas oportunas para evitar las barreras arquitectónicas, de forma que los edificios resulten accesibles y utilizables por personas con discapacidad motriz. Como medida principal, hay que considerar las necesidades de espacio que necesitan para desplazarse las personas con movilidad reducida, y especialmente aquellos que utilizan silla de ruedas. - 34 Memoria _______________________________________________________________________________________ Mediante el Real Decreto 556/1989 se establecen de forma genérica exigencias dimensionales mínimas que afectan a la accesibilidad y desplazamientos en los edificios. Para que un itinerario sea considerado practicable por personas con movilidad reducida, tendrá que cumplir las siguientes condiciones mínimas: - - - No incluir escaleras ni peldaños aislados. Los itinerarios tendrán una anchura libre mínima de 0,90 metros en zonas de uso público. La anchura libre mínima de un hueco de paso será de 0,70 metros. En los cambios de dirección, los itinerarios dispondrán del espacio libre necesario para efectuar los giros con silla de ruedas. La pendiente máxima para salvar un desnivel mediante una rampa será del 8 por 100. Se admite hasta un 10 por 100 en tramos de longitud inferior a 10 metros y se podrá aumentar esta pendiente hasta el límite del 12 por 100 en tramos de longitud inferior a 3 metros. Las rampas y planos inclinados tendrán pavimento antideslizante y estarán dotados de los elementos de protección y ayuda necesarios. El desnivel admisible para acceder sin rampa desde el espacio exterior al portal del itinerario practicable tendrá una altura máxima de 0,12 metros, salvada por un plano inclinado que no supere una pendiente del 60 por 100. A ambos lados de las puertas, deberá haber un espacio libre horizontal de 1,20 metros de profundidad, no barrido por las hojas de la puerta. Los puntos referentes a la superación de desniveles no son trascendentales en el caso del aula propuesta, ya que no existen desniveles, pero se considera importante mencionarlos por si se diese alguna modificación en el diseño que generara alguno. Este sería el caso de la posible instalación de una tarima para el profesor frente a la pizarra. No se recomienda utilizar tarimas, por el riesgo de golpe o caída que conlleva. Las normas de accesibilidad de ascensores en centros docentes también están claramente definidas, pero no atañen a este proyecto DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 35 _______________________________________________________________________________________ En el diseño de zonas adaptadas a minusválidos se deben tener en cuenta algunas dimensiones y cotas de alcance de referencia de estos usuarios. Fig. 2.21. Dimensiones y cotas de alcance generales de usuarios minusválidos A continuación se exponen las dimensiones mínimas del espacio libre de acceso para los distintos tipos de puertas que puede disponer el aula: Fig. 2.22. Puertas de acceso aptas para minusválidos - 36 Memoria _______________________________________________________________________________________ 2.4. Conclusiones El diseño dimensional de puestos de trabajo va adquiriendo mayor relevancia con el paso del tiempo. Cada vez somos más conscientes de la importancia del diseño dimensional y ergonómico de las aulas docentes, para conseguir maximizar el rendimiento físico e intelectual de las personas y reducir su fatiga. Aunque todavía se ven aulas con condiciones de trabajo que pueden resultar inaceptables para los usuarios, cada vez más se impone el diseño de los puestos de trabajo a conciencia; para los usuarios. Dicho diseño debe enfocarse, actualmente, de manera similar al puesto de trabajo en una oficina, alejándose del habitual pupitre de clase empleado en los últimos años según criterios puramente económicos. Actualmente no existen estudios antropométricos oficiales en España que proporcionen datos generales de la población. Esto dificulta el diseño dimensional de puestos de trabajo que faciliten la realización de las tareas. Sin embargo, es recomendable recurrir a estudios realizados por otras entidades, que pueden resultar útiles, como el empleado en este capítulo. Las bases para un buen diseño dimensional de un aula informática se pueden resumir en los siguientes puntos: - - Puesto de trabajo adaptado a las dimensiones y necesidades de todos los posibles usuarios: alumnos, profesores, personal de mantenimiento y limpieza, minusválidos, etc. Versatilidad del puesto de trabajo para poder realizar multitud de tareas distintas. Adaptabilidad de los elementos de trabajo. Libertad de movimiento de los usuarios. Comodidad. Economía. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 37 _______________________________________________________________________________________ 3. Iluminación 3.1. Introducción a la iluminación interior La mayor parte de las actividades se realizan en el interior de edificios, con iluminación natural. Pero generalmente esta iluminación es insuficiente porque no incide toda la luz necesaria o porque se trabaja tras la puesta del Sol. Por ello es necesaria la presencia de una iluminación artificial que permita el desarrollo de estas actividades de la mejor manera posible y en varias condiciones. En la determinación de los niveles de iluminación adecuados para una instalación hay que tener en cuenta que los valores recomendados para cada tarea y entorno se basan en valoraciones subjetivas de los usuarios, como la comodidad visual, el rendimiento visual, y la sensación de bienestar. El usuario estándar no existe. Por ello se debe buscar una solución de compromiso que consiga un ambiente de trabajo lo más adecuado posible para todos los usuarios y en distintas condiciones ambientales. El tipo de lámparas y luminarias a emplear en cada caso dependen de múltiples factores, como la iluminancia, el color, la potencia total instalable, el consumo eléctrico, la simplicidad y coste de instalación y mantenimiento, dimensiones del local a iluminar, tipo de actividades a realizar en el local, etc. En el caso específico de aulas docentes de todo tipo, suelen emplearse luminarias para lámparas fluorescentes, debido al equilibrio entre eficiencia y consumo. La complejidad de las luminarias puede variar, pudiendo disponer de elementos auxiliares de mejora, como sistemas de orientación de la luz, difusores y rejillas contra el deslumbramiento. Los niveles de iluminación adecuados y recomendados para cada local dependen de las actividades que se vayan a realizar en él. En general, el nivel de iluminación se puede dividir en mínimo, recomendado y óptimo. En cada caso se escoge el valor de entre las tres posibilidades según las condiciones y el presupuesto. - 38 Memoria _______________________________________________________________________________________ Tipos de local Zonas de circulación, pasillos Escaleras, lavabos, almacenes, archivos Aulas, laboratorios Biblioteca, salas de estudio Oficinas, salas de conferencias Grandes oficinas, salas de CAD/ CAM/ CAE Mínimo 50 100 300 300 450 500 Recomendado 100 150 400 500 500 750 Óptimo 150 200 500 750 750 1000 Tabla 3.1. Niveles de iluminancia de cada local Cabe destacar que existe un deterioro de las instalaciones de alumbrado, por deterioro del flujo luminoso o por falta de limpieza de la lámpara, que provoca una disminución de los niveles de iluminancia. Para mantener los niveles iniciales es necesario un plan de limpieza y reposición periódico de las lámparas. 3.2. Iluminación en aulas de informática 3.2.1 Lámparas y tipo de alumbrado Es preferible emplear lámparas de descarga en aulas de informática, siempre que sea posible. El calor generado por las lámparas de incandescencia junto al calor desprendido por los ventiladores y disipadores de los ordenadores puede generar un ambiente a excesiva temperatura para desarrollar las tareas adecuadamente durante largo tiempo. Además, obliga a invertir en sistemas de climatización más potentes y caros, con el consecuente aumento en el consumo eléctrico junto al mayor consumo de las lámparas. Las lámparas de descarga pueden generar niveles de calor muy por debajo de las de incandescencia, según el tipo. Los sistemas de alumbrado de aulas de informática que se utilizan a lo largo de toda la jornada diaria, tanto impartiendo clases como durante libre acceso, hace que su uso sea continuo y sin gran número de apagados y encendidos. Esto implica la necesidad de emplear lámparas con una máxima eficiencia durante el funcionamiento, a pesar de posibles picos de consumo y deterioro durante periodos transitorios de encendido. También cabe añadir que la mayor duración de las lámparas de descarga, frente a las incandescentes, en condiciones normales, puedo ahorrar mucho tiempo y dinero en mantenimiento en locales complicados como las aulas de los centros docentes. Dentro del grupo de las lámparas de descarga parece que lo más razonable es instalar fluorescentes. Se pueden resumir las razones más importantes en: DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 39 _______________________________________________________________________________________ • Buena distribución del flujo luminoso a lo largo del tubo. • Coste bajo. • Consumo bajo en funcionamiento continuo. • Índice de Rendimiento de color (IRC) alto. Buena representación de los colores. • Periodo transitorio de encendido muy corto. • Eficacia alta. • Facilidad de limpieza y reposición. En todo tipo de aulas es muy recomendable emplear un alumbrado general de distribución uniforme, ya que estos locales pueden albergar un gran número de personas repartidas por todas partes. Sólo en casos muy concretos, como en mesas de dibujo técnico se requiere iluminación localizada e individual de la zona de trabajo. No es el caso de aulas donde se trabaja con pantallas de ordenador, ya que estas iluminan su propia zona de trabajo, facilitando la labor del sistema de alumbrado. Es muy conveniente disponer de paredes y techo de color casi blanco, lo más claros posible, para aprovechar las interreflexiones de la luz sobre estas superficies, evitando así sombras generadas por la iluminación directa y disminuyendo la potencia lumínica necesaria. Por las mismas razones es muy importante aprovechar al máximo la luz natural del exterior, mediante grandes ventanales. 3.2.2 Cálculo de instalaciones de iluminación interior Para el cálculo de los niveles de iluminación de una instalación de alumbrado de interiores es suficiente con obtener el valor medio del alumbrado general usando el método de los lúmens [5]. En caso de que sea necesario conocer los valores de las iluminancias en algunos puntos concretos con iluminación localizada se recurre al método del punto por punto. El método de los lúmens permite calcular u obtener el valor medio de la iluminancia en un ambiente cerrado iluminado con alumbrado general, no localizado. Se utiliza principalmente para casos de iluminación de interiores en los que se realicen actividades de poca precisión, que es el caso habitual. - 40 Memoria _______________________________________________________________________________________ Los datos de partida para realizar los cálculos son los siguientes: - Dimensiones del local. Altura del plano de trabajo; generalmente de 0,85 m si no se conoce su valor real exacto. Nivel de iluminancia media (Em) según el tipo de actividades que se realicen. Tipo de lámparas según actividad y coste. Tipo de luminarias adecuadas al sistema de alumbrado. Altura de suspensión de las luminarias según el tipo escogido. Fig. 3.1. Cotas de iluminación interior Tabla 3.2. Altura de las luminarias DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 41 _______________________________________________________________________________________ Los pasos a realizar son los siguientes: 1) Calcular el índice del local (k) según su geometría. En Europa se calcula como: Tabla 3.3. Índice del local Nota: k es un número comprendido entre 1 y 10. En el caso de obtener de la fórmula una k mayor a 10, no se superará este valor, ya que resultará despreciable en los cálculos. 2) Determinar los coeficientes de reflexión de techo, paredes y suelo. Estos valores se encuentran normalmente tabulados para los diferentes tipos de materiales, superficies y acabado. En caso de no disponer de lo valores exactos, se pueden obtener de algunos paquetes informáticos o tomar como referencia los valores de la tabla siguiente: Techo Paredes Suelo Color blanco claro medio claro medio oscuro claro oscuro Factor de reflexión 0,7 0,5 0,3 0,5 0,3 0,1 0,3 0,1 Tabla 3.4. Factor de relfexión 3) Determinar el factor o coeficiente de utilización (η o CU) a partir del índice del local y los factores de reflexión. Estos valores se encuentran tabulados y los suministran los fabricantes. En las tablas encontramos para cada tipo de luminaria - 42 Memoria _______________________________________________________________________________________ los factores de iluminación en función de los coeficientes de reflexión y el índice del local. Si no se pueden obtener los factores exactos de las tablas es necesario interpolar para encontrar resultados válidos: Tabla 3.5. Ejemplo de uso de tablas de factores de utilización 4) Determinar el factor de mantenimiento/ conservación (fm) de la instalación de alumbrado. Este coeficiente depende del grado de suciedad ambiental y de la frecuencia de limpieza del local. Para una limpieza periódica anual se pueden tomar los siguientes valores como referencia: Ambiente limpio sucio Factor Mantenimiento 0,8 0,6 Tabla 3.6. Factor de mantenimiento 5) Calcular el flujo luminoso total necesario: Φ= E⋅S η ⋅ fm donde, • Φ es el flujo luminoso total • E es la iluminancia media deseada • S es la superficie del plano de trabajo • η es el factor de utilización • fm es el factor de mantenimiento (Ec. 3.1) DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 43 _______________________________________________________________________________________ 6) Calcular el número de luminarias N= Φ n ⋅Φ lamp (Ec. 3.2) donde, • N es el número de luminarias • Φ es el flujo luminoso total • Φlamp es el flujo luminoso de una lámpara • n es el número de lámparas por luminaria Siempre se tomará este valor redondeado al número entero más próximo por exceso, para evitar obtener un flujo luminoso inferior al calculado. 7) Calcular la distribución de las luminaras. En locales rectangulares lo más habitual es una distribución uniforme de las luminarias en filas y columnas, de manera simétrica respecto el centro del local. N anchura = N total ⋅ Anchura Longitud N longitud = N anchura ⋅ Longitud Anchura (Ec. 3.3) (Ec. 3.4) 8) La distancia máxima de separación entre las luminarias dependerá del ángulo de apertura del haz de luz y de la altura de las luminarias sobre el plano de trabajo. Fig. 3.2. Cotas de distribución de luminarias - 44 Memoria _______________________________________________________________________________________ Se puede deducir que cuanto más abierto sea el haz de luz y mayor la altura de la luminaria más superficie iluminará, aunque será menor el nivel de iluminancia que llegará al plano de trabajo. Las luminarias próximas a la pared necesitan estar más cerca para iluminarla, generalmente a la mitad de distancia. De todo esto se pueden obtener unas distancias de referencia: Tipo de Luminaria Altura del local Distancia max entre luminarias (m) intensiva > 10 m ≤ 1,2*h extensiva 6-10 m semiextensiva 4-6 m extensiva ≤4m Distancia max pared-luminaria (m) ≤ 1,5*h ≤ 1,6*h ≤ (1,6*h)/ 2 Tabla 3.7. Distancias entre luminarias Si al calcular la posición de las luminarias la distancia de separación entre ellas es mayor que la distancia máxima admitida quiere decir que la distribución luminosa obtenida no es del todo uniforme. Seguramente se deba a que la potencia de las lámparas escogida es excesiva. En tales casos se debe recalcular, utilizando lámparas menos potentes, más luminarias o empleando luminarias con menos lámparas. 9) Comprobar que la iluminancia media es mayor o igual a la recomendada según las actividades llevadas a cabo en el local, mediante la expresión: Em = N ⋅ n ⋅Φ lamp ⋅η ⋅ f m S ≥ E recomend (Ec. 3.5) DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 45 _______________________________________________________________________________________ 3.3. Diseño de la instalación de iluminación del aula 3.3.1. Cálculo de la instalación del aula En las páginas siguientes se detallan los cálculos y razonamientos empleados en el diseño de la instalación de iluminación de un aula de informática con unas dimensiones preestablecida, de tipo estándar. En todo momento se tiene en cuenta el total cumplimiento de la Ordenanza General de Seguridad e Higiene en el Trabajo. Para la realización de todo el diseño se considerará el aula informática de tipo estándar ya mencionada; rectangular, con unas dimensiones de 15x10x3 m, con una capacidad para aproximadamente 30 alumnos. Dispone de ventanas a lo largo de todo un lateral y la entrada por el lado contrario. La altura del plano de trabajo es, como se ha enunciado en el capítulo de diseño dimensional, de 0,75 m respecto el suelo. Se ha tomado una altura de suspensión de las luminarias de 60 mm, respecto el techo, que es la altura correspondiente al tipo escogido. PLANO DE LUMINARIAS PLANO DE TRABAJO Fig. 3.3. Dimensiones del aula - 46 Memoria _______________________________________________________________________________________ El sistema de alumbrado de un aula docente, informática o de otro tipo, es muy similar al empleado en una gran oficina. Se utiliza un alumbrado general con distribución aproximadamente uniforme de pantallas de fluorescentes, ordenadas en filas y columnas según los ejes del local. Su localización exacta debe cumplir ciertos criterios: - Lograr la iluminancia media deseada. Evitar exceso de iluminancia. Evitar deslumbramientos y reflejos. Facilidad constructiva y mantenimiento. Se parte de la selección de las siguientes luminarias: Pantalla de fluorescentes, para montaje en superficie, FLS FI-4x36 (4 fluorescentes de 36W cada uno), de IEP Iluminación, SIMON Holding. Como ya se ha visto en apartados anteriores, los niveles de iluminancia media recomendados según las actividades que se dan en el aula son: Aulas Em (lux) CAD/CAM/CAE Em (lux) mínimo 300 mínimo 500 recomendado 400 recomendado 750 óptimo 500 óptimo 1000 Tabla 3.8. Niveles de iluminancia adecuados Como se realizan ambas actividades se escoge una iluminancia media deseada de Em = 500 lux. Si se considera que el aula está situada en un clima cálido, como el norte de España, las luminarias deberán pertenecer al grupo de rendimiento de color número 2, es decir, deberán tener un IRC ≥ 70. Los fluorescentes de las pantallas FLS FI-4x36 poseen un IRC de 85, superior a los mínimos recomendados. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 47 _______________________________________________________________________________________ Con todos los datos disponibles se puede realizar el cálculo de la instalación de iluminación del aula por el método de los lúmens. 1) Índice del local (k) Para un sistema de iluminación directa se obtiene un índice de: k= a ⋅b 10 ⋅15 = ⇒ k = 2, 74 h ⋅ (a + b) 2,19 ⋅ (10 + 15) (Ec. 3.6) 2) Coeficientes de reflexión (ρ) Techo Paredes Plano Trabajo Color blanco claro/ beig gris claro ρ 0,7 0,5 0,1 % 70% 50% 10% Tabla 3.9. Coeficiente de reflexión El techo y las paredes se pintan de color claro para conseguir que estos reflejen el máximo de luz posible hacia la zona de trabajo. Las mesas componen el plano de trabajo, y son de color oscuro para mejorar el contraste con las hojas blancas de papel y evitar deslumbramientos indirectos. Para los deslumbramientos directos se instalarán rejillas en las luminarias para dirigir la luz con la inclinación adecuada. - 48 Memoria _______________________________________________________________________________________ 3) Factor de utilización (η) Para obtener el factor de utilización de las luminarias, según las características del local, se recurre a la siguiente tabla, correspondiente al tipo de luminaria escogida. Reflexión Techo Paredes Plano Trabajo Índice del local (k) 0,60 0,80 1,00 1,25 1,50 2,00 2,50 3,00 4,00 5,00 70% 50% 30% 0,32 0,44 0,46 0,55 0,60 0,62 0,66 0,70 0,73 0,75 30% 50% 50% 10% 30% 30% 10% Factor de Utilización (η) 0,31 0,27 0,31 0,27 0,27 0,42 0,38 0,41 0,38 0,38 0,44 0,39 0,43 0,40 0,39 0,52 0,49 0,51 0,49 0,48 0,56 0,54 0,55 0,53 0,53 0,58 0,55 0,57 0,55 0,54 0,60 0,57 0,59 0,57 0,56 0,63 0,60 0,62 0,60 0,60 0,65 0,63 0,64 0,64 0,62 0,67 0,66 0,66 0,65 0,64 0,25 0,36 0,37 0,46 0,51 0,53 0,55 0,60 0,62 0,64 Tabla 3.10. Factor de utilización A partir del índice del local y sus coeficientes de reflexión, se obtiene por interpolación un factor de utilización de η = 0,61. 4) Factor de mantenimiento (fm) Como en un aula informática no se realizan actividades contaminantes ni de alta suciedad, se puede considerar un factor de conservación de las características de las luminarias del 80%, es decir, fm = 0,80. Esto requie una limpieza y mantenimiento adecuados. Debido a la facilid de dicho mantenimiento, se considera más útil disponer de menos luminarias con un factor alto, que instalar más luminarias con un factor bajo. 5) Flujo luminoso necesario (Φ) El flujo luminoso que se necesita en todo el local es de: Φ= E ⋅ S 500lux ⋅ (10 ⋅15) = ⇒ Φ = 153.689 lm η ⋅ fm 0, 61⋅ 0,80 (Ec. 3.7) DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 49 _______________________________________________________________________________________ 6) Número de luminarias necesarias (N) El número de luminarias necesarias depende del flujo total necesario en el local y del flujo de cada fluorescente, característica intrínseca de cada lámpara. En el caso de las pantallas FLS FI-4x36, cada uno de los cuatro fluorescentes posee un flujo de Φlamp = 3.350 lm (lúmens). N= Q 153.689 = = 11, 47 ⇒ N = 12luminarias n ⋅Φ lamp 4 ⋅ 3.350 (Ec. 3.8) 7) Distribución de las luminarias N anchura = N total 12 ⋅ Anchura = ⋅10 = 2,83 ⇒ N anchura = 3luminarias Longitud 15 N longitud = N anchura ⋅ Longitud 15 = 2,83 ⋅ = 4, 24 ⇒ N longitud = 4 luminarias Anchura 10 (Ec. 3.9) (Ec. 3.10) El resultado obtenido era lógico de esperar, debido a que se trata de una distribución uniforme en un recinto rectangular. 8) Distancia entre luminarias (d) A partir de los datos del local y del tipo de lámpara, se tienen las siguientes recomendaciones: Tipo de Luminaria extensiva Altura del local ≤4m Distancia max pared-luminaria (m) Distancia max entre luminarias (m) ≤ 1,6*h ≤ (1,6*h)/ 2 Tabla 3.11. Distancias entre luminarias recomendadas Distancia máxima entre luminarias: d ≤ 1, 6 ⋅ h =1, 6 ⋅ 2,19 = 3, 5 m (Ec. 3.11) - 50 Memoria _______________________________________________________________________________________ Distancia máxima pared-luminaria: d≤ 1, 6 ⋅ h 1, 6 ⋅ 2,19 = = 1, 75 m 2 2 (Ec. 3.12) La condición de distancia máxima entre luminarias se cumple correctamente, pero no es así con la distancia pared-luminaria. Para solucionarlo habrá que añadir una fila más de luminarias. La distribución se escoge de manera que quede más iluminada la pared delantera, de la pizarra, y menos la trasera, habitualmente desocupada. Fig. 3.4. Distribución de luminarias Una vez realizada la distribución de las luminarias, se puede deducir que el máximo ángulo de abertura del haz de luz de cada una de ellas no puede superar los 60º. En caso de que este ángulo fuese mayor, se producirían deslumbramientos directos, por estar las lámparas dentro del campo visual vertical de los usuarios sentados en los puestos de trabajo. Con este direccionamiento de la luz y la distribución de las luminarias escogida, todas las zonas del plano de trabajo quedan iluminadas y la pared de la pizarra queda iluminada hasta una altura de unos 2,6 metros. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 51 _______________________________________________________________________________________ CAMPO VISUAL Fig. 3.5. Iluminación del aula en el plano vertical 9) Comprobación de la iluminancia media. Esta debe ser mayor o igual a la recomendada según las actividades llevadas a cabo en el local; 500 lux en este caso. Em = N ⋅ n ⋅Φ lamp ⋅η ⋅ f m 12 ⋅ 4 ⋅ 3350 ⋅ 0, 61⋅ 0,80 = = 523lux ≥ E recomend = 500 lux S 10 ⋅15 (Ec. 3.13) Si la condición de iluminancia media se cumple para el primer supuesto realizado con 12 luminarias, seguro que mejorará con 15 luminarias. Esto también permiteel cumplimiento de las condiciones de iluminación en caso de pequeñas variaciones de altura de las luminarias por instalación de un falso techo. - 52 Memoria _______________________________________________________________________________________ 3.3.2. Selectividad de iluminación En todos los cálculos se considera que no entra luz por la puerta, aunque sea un día claro y esté totalmente abierta, ya que no sería un caso habitual. En cambio, se considera que por la pared con ventanas de la izquierda sí que puede entrar luz natural del exterior. Esta posible iluminación natural es muy útil por ser de buena calidad para la vista (contiene todas las radiaciones visibles) y, al entrar lateralmente respecto a los usuarios, es difícil que produzca deslumbramientos directos o indirectos. Si embargo, en los cálculos de la instalación necesaria no se tiene en cuenta esta iluminación diurna, ya que gran parte de las clases pueden darse de noche, sobretodo en invierno. Pero para aprovechar esta iluminación de gran calidad y gratuita, se dispone de un sistema eléctrico de selectividad de las luminarias. Este debe permitir alternar entre las distintas opciones de encendido de los fluorescentes: • Encendido de las 3 columnas simultáneamente; para actividades tras la puesta de sol. • Encendido sólo de la columna 3, la más alejada de la ventana; para actividades con fuerte luz solar. • Encendido sólo de las filas 1, 2 y 3, las más cercanas a la pizarra; para la realización de actividades con un número reducido de alumnos. Fig. 3.6. Posibilidades de encendido de las lámparas DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 53 _______________________________________________________________________________________ 3.3.3. Cálculos con LUX-IEP La presente simulación informática sirve para dotar al local objeto de estudio de la instalación de iluminación adecuada de manera más precisa que la realizada por el método de los lúmens. Se tienen en cuenta diversos factores, como la presencia del mobiliario, para realizar cálculos mucho más precisos. Además, se obtiene una gran variedad de resultados presentados de manera intuitiva y muy útiles para el diseño. Para realizar la simulación se utiliza el software informático LUX-IEP 4.S1, de la compañía IEP Iluminación, grupo SIMON Holding. Los datos necesarios para la simulación informática son: - Dimensiones del local. Color y reflectancias del local. Altura del plano de trabajo. Localización de las luminarias. Tipo de luminarias y lámparas: FLS FI-4x36. Características y distribución del mobiliario. La siguientes características han sido obtenidas por ensayo. Características de las lámparas FI-36W G-13: • • • • • • Duración = 7.500 h Potencia = 36 W Flujo = 3.350 lm Temperatura de color = 4.000 K Índice Rendimiento de Color (IRC) = 85 Lúmen/Watt = 93 Características de las luminarias FLS FI-4x36: • • • Potencia por luminaria = 4 x 36 W = 144 W Flujo = 11.800 lm Rendimiento = 61,60 Como primer cálculo se realizara la comprobación de que con la distribución obtenido por el método de los lúmens se consigue una iluminancia media de al menos 500 lux en las - 54 Memoria _______________________________________________________________________________________ zonas de trabajo. Para ello se representa la iluminancia horizontal en los puntos de una rejilla sobre el plano de trabajo. La zona de cálculo, con todos los equipos y luminarias es la representada: Fig. 3.7. Distribución de las luminarias Según las recomendaciones de la CIE 52, y considerando tan sólo la iluminación directa sobre el plano de trabajo y teniendo en cuenta siempre los equipos, mobiliario, y las sombras que estos generan, se obtiene la siguiente matriz de valores: DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 55 _______________________________________________________________________________________ Fig. 3.8. Valores de iluminación del aula Cabe destacar el echo de que no se han considerado las sombras que puedan generar las pantallas de los ordenadores, ya que hacen sombra por detrás de las zonas de trabajo y por delante mejoran la iluminación; ni las cpu’s, ya que se colocarán bajo las mesas, bajo la zona de trabajo. Se pueden mejorar los resultados si en el cálculo se considera tanto la componente directa como aquella producida por las interreflexiones entre las superficies que componen el ambiente, sean estas paredes o elementos de mobiliario. Se aconseja considerar 7 interreflexiones, más allá de las cuales no se producen variaciones importantes en los resultados. - 56 Memoria _______________________________________________________________________________________ De esta manera más precisa se obtienen unos valores ligeramente distintos. Fig. 3.9. Nuevos valores de iluminación del aula Del cuadro de resultados se tiene que la iluminancia media del aula, con esta distribución de las luminarias, es de 635 lux. Gracias a las interreflexiones este valor aumenta respecto a los 549 lux del método sólo directo. En todo caso, la iluminación supera los 500 lux mínimos previstos en todos los puntos del plano de trabajo, excepto fuera de las zonas de trabajo; tras los asientos de la última fila y en los laterales de las filas de mesas. Además, la máxima iluminación se da frente a la primera fila de mesas; en la pizarra y a la altura del profesor. Por tanto, el sistema de alumbrado se supone suficiente y adecuado a las condiciones establecidas. El software utilizado permite visualizar los resultados de manera intuitiva mediante representaciones renderizadas del ambiente. Fig. 3.10. Renderizado del ambiente DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 57 _______________________________________________________________________________________ Fig. 3.11. Diagrama spot del ambiente Fig. 3.12. Leyenda de colores del diagrama spot Como segundo cálculo, se deja en manos del programa informático la colocación adecuada de las luminarias, para conseguir la iluminancia media de 500 lux deseada en el plano de trabajo. Para poder comparar con los resultados de la simulación anterior se utilizarán el mismo tipo de luminarias: FLS FI-4x36. - 58 Memoria _______________________________________________________________________________________ Una vez establecido el ambiente, el mobiliario y la iluminación media deseada se obtiene la siguiente distribución uniforme de las luminarias: Fig. 3.13. Distribución automática de las luminarias La matriz de iluminancia queda como sigue: Fig. 3.14. Valores de iluminación con distribución automática DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 59 _______________________________________________________________________________________ Se puede observar que la iluminancia media disminuye respecto al caso anterior, ya que se utiliza una columna menos de luminarias; 12 luminarias en vez de 15. Pero cabe destacar que los niveles de iluminación en la pizarra son bajos para desarrollar las actividades de manera eficiente. El valor máximo de iluminancia se encuentra desplazado hacia el centro de la clase en el cálculo automático. Por ello se considera una mejor opción la de invertir en una columna más de luminarias y desplazar todo el conjunto uniforme hacia la pared frontal, iluminando las zonas más utilizadas e importantes y no desperdiciando energía lumínica en zonas innecesarias como la zona posterior de la clase; es el caso estudiado anteriormente. El incremento de coste por adquirir 3 luminarias más puede quedar compensado con el ahorro en consumo eléctrico mediante la utilización selectiva de las luminarias por zonas, según la iluminación exterior y la cantidad de alumnos. DATOS INSTALACIÓN Nº Luminarias Coste por luminaria € Coste por lámpara € Lámparas por luminaria Potencia por lámpara W Superficie m2 CÁLCULO ECONÓMICO Coste Luminarias € Coste Lámparas € Coste Total Material € Potencia instalada por m2 15 90 12 4 36 150 1.350 720 2.070 14,4 Tabla 3.12. Datos económicos Los valores de la tabla corresponden a los costes fijos del equipo de iluminación instalado. Los costes variables dependerán del consumo eléctrico, de la frecuencia de avería y/o recambio y del precio variable de los recambios. Considerando que los fluorescentes del aula permanecerán encendidos casi todo el horario lectivo más parte del horario de limpieza (12h lectivas + 2h limpieza y mantenimiento), se puede aproximar el número de horas de funcionamiento a: 260 dias laborables h ×14 = 3.640 h anuales año día (Ec. 3.14) - 60 Memoria _______________________________________________________________________________________ Conociendo que la duración del tipo de fluorescentes escogido es de 7.500 h, se obtiene una vida media de 2,1 años. Teniendo en cuenta que el número de encendidos puede hacer disminuir la duración de los fluorescentes y que estos pierden prestaciones con el tiempo, dada la gran importancia de una buena iluminación en un aula docente se puede plantear reducir el periodo de recambio a 1,5 años por fluorescente. 3.3.4. Alumbrado de emergencia Todos los aparatos autónomos para alumbrado de emergencia deben estar diseñados y comprobados según la norma europea EN 60.598.2.22 (UNE 20.447.2.22). Además, los fluorescentes deben ser comprobados según la norma UNE 20.392.1R.93, que cumple las condiciones del Reglamento de Baja Tensión y la Norma Básica de la Edificación (NBE/CPI. 96). Los datos fotométricos deben ser diseñados y comprobados según los requerimientos propuestos en el proyecto de norma europea CEN 169.WG3. Según la Ordenanza General de Seguridad e Higiene en el Trabajo, se establecen numerosas normas en los artículos 25 a 29 que hacen referencia al alumbrado en general, y concretamente al de emergencia, artículo 29, y que se exponen en los siguientes párrafos. La autonomía necesaria del sistema de alumbrado de emergencia será de un mínimo de 1 hora, y su fuente de energía será independientemente del sistema normal de iluminación. Las luminarias correspondientes deberán colocarse al menos: - Encima de todas las puertas de salida. Junto a cualquier cambio de nivel del suelo. Junto a las salidas del edificio. En cambios de dirección e intersecciones. En escaleras. Junto a puntos de conexión de alarma de incendios. Junto a equipos de extinción de incendios. Junto al cuadro general de alumbrado. En todos los casos se considera una distancia máxima de 2 m de la luz de emergencia a los puntos mencionados, debidamente señalizados. Los pictogramas de señalización deberán ser conformes a las normas UNE citadas en la NBE/CPI 96. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 61 _______________________________________________________________________________________ Nota: se rigen por una legislación española distinta los locales públicos con capacidad para más de 100 personas. Niveles de iluminación de emergencia • En zonas de evacuación se requiere un mínimo de 0,2 lux en la línea central del camino. En zonas muy anchas se las subdivide en zonas de 3 m de anchura. En los cálculos no se consideran las interreflexiones. • En zonas amplias se requiere 5 lúmens por m2 de local y con una distancia máxima entre luminarias igual a 4ּh, siendo h la altura de montaje de las luminarias. • En zonas de especial riesgo de accidentes de requiere un mínimo del 10% del nivel de iluminación normal en el caso de emergencia. La siguiente imagen muestra el mínimo alumbrado de emergencia necesario, así como su señalización. Fig. 3.15. Alumbrado y señalización de emergencia Como ejemplo de las características de las luces de emergencia homologadas se muestra el siguiente modelo. - 62 Memoria _______________________________________________________________________________________ Luminaria autónoma 2 x 8W Gama SONIC modelo DL-16. Hasta 6hs de autonomía. Aislamiento eléctrico Clase II. Alimentación AC220-240v/50Hz. Potencia tubo 2 x 8W. Batería tipo Bateria capacidad Tiempo de recarga Dimensiones Aislamiento eléctrico Autonomia Precio Recargable electrolito absorbido, de libre mantenimiento. 6V / 4 Ah. 24 Hs. 40,5 x 7,5 x 8 cm. Clase II. 1 tubo 6Hs. 2 tubos 3 hs. 45 €/unidad Tabla 3.13. Características del alumbrado de emergencia - Permite seleccionar el encendido de ambos o un solo tubo para duplicar la autonomía (6 horas). Protección de sobrecarga para extender la vida de las baterías. Corte por batería baja que evita que el tubo fluorescente se ponga negro durante el encendido o cuando baja la tensión. Indicador de carga. Indicador de nivel de batería. Luz testigo. Botón de prueba. Cuerpo y difusor en policarbonato ignífugo. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 63 _______________________________________________________________________________________ 3.4. Conclusiones Durante gran parte del día la luz natural que proviene del exterior de un aula, en caso de disponer de ventanas, resulta insuficiente para realizar las actividades con las condiciones visuales adecuadas. Por ello, la instalación de iluminación de un aula informática debe estudiarse detenidamente. Las características de iluminación del aula afecta a diversos factores de gran importancia en un aula docente: - Molestias visuales Fatiga visual Estrés mental Sensación cálida o fría del ambiente del aula Percepción de los colores y contraste de los objetos Generación de calor Coste de instalación, limpieza, mantenimiento y consumo eléctrico Todos estos puntos deben tenerse en cuenta a la hora de seleccionar el tipo de lámparas y luminarias, y la cantidad y distribución de estas. La instalación de iluminación debe proporcionar unos valores de iluminación media de al menos 500 lux, variable según actividades concretas que se realicen en el aula, repartidos de manera eficiente. Se emplearán preferiblemente fluorescentes por su alto rendimiento. Aunque con iluminación generalizada, siempre es preferible iluminar más las zonas delanteras del aula, que son más utilizadas, que las traseras y laterales. Con este propósito resulta muy útil disponer de un sistema eléctrico que permita conectar/ desconectar las luminarias por zonas, según convenga. Debido a la alta ocupación de las aulas de informática y del número de horas al día que están en funcionamiento, es necesario prestar atención a todos los aspectos comentados durante la fase de diseño. Una correcta iluminación proporciona mayor bienestar a los usuarios, optimizando su rendimiento visual e intelectual, retrasando los efectos de la fatiga. - 64 Memoria _______________________________________________________________________________________ DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 65 _______________________________________________________________________________________ 4. Acústica 4.1. Introducción La Acústica es la ciencia que estudia el sonido, su producción, su transmisión, su recepción y sus efectos. Existen diversas variantes de esta ciencia, pero en este proyecto se utiliza la acústica arquitectónica. 4.1.1. Acústica en la salud Una persona sometida a un nivel de ruido elevado durante un periodo de tiempo relativamente prolongado puede provocar múltiples efectos negativos para el cuerpo en general. Por ello es necesario su control. • Efectos fisiológicos: • Auditivos - • • No auditivos - Disminución temporal de la capacidad auditiva. Hipertensión, úlceras, aumento de la frecuencia respiratoria, disminución visual, temblores y alteraciones del sistema nervioso central. Efectos Psicológicos • Molestias • Pérdida de efectividad en el trabajo. • Ansiedad, tensión psíquica y estrés. • Pérdida de concentración. • Inseguridad, insomnio, agresividad y alteraciones de la personalidad. El estudio de la acústica en el recinto interior de un edificio es de vital importancia, ya que de ello depende: • El confort de los usuarios. • El confort de usuarios externos al recinto. • La multifuncionalidad del recinto. - 66 Memoria _______________________________________________________________________________________ 4.1.2. Normas Según el Código Técnico de Edificación, existen unos valores mínimos de aislamiento acústico que deben cumplirse siempre, en todo tipo de recintos cerrados para el bienestar de las personas. Por ello es imprescindible considerar las medidas de aislamiento en su diseño. Para satisfacer las exigencias contempladas en la parte I de este Código es suficiente cumplir las especificaciones indicadas a continuación. 1. El aislamiento acústico a ruido aéreo entre dos recintos habitables, colindantes vertical u horizontalmente, ambos pertenecientes a la misma unidad de uso, no será menor que 30 dBA. 2. El aislamiento acústico a ruido aéreo entre un recinto habitable y cualquier otro del edificio, colindantes vertical u horizontalmente, que pertenezcan a distinta unidad de uso, no será menor que 50 dBA. 3. El aislamiento acústico a ruido aéreo entre un recinto habitable y otro, colindante vertical u horizontalmente con él, en el que se alojen instalaciones o cualquier otro dispositivo que constituya una fuente de ruido necesaria para el funcionamiento del edificio, no será menor que 55 dBA. 4. El aislamiento acústico a ruido aéreo entre un recinto habitable y un recinto común del edificio, colindantes vertical u horizontalmente, no será menor que 50 dBA. 5. El aislamiento acústico a ruido aéreo entre un recinto habitable y un recinto de actividad, colindantes vertical u horizontalmente, que pertenezcan a distinta unidad de uso, no será menor que 60 dBA 6. El aislamiento acústico a ruido aéreo entre un recinto habitable y el exterior del edificio no será menor que 30 dBA, cuando predomine el ruido de tráfico rodado, ni menor que 32 dBA, cuando predomine el ruido de aeronaves, ni menor de 32 dBA cuando predomine el ruido el ruido de tráfico ferroviario o de estaciones ferroviarias, valorados éstos como ruido interior. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 67 _______________________________________________________________________________________ 4.2. Acústica en aulas docentes 4.2.1. Introducción Ruido excesivo y reverberación en las aulas interfieren en la comprensión del habla, reduciendo el aprendizaje de los alumnos. Aunque las soluciones a estos problemas no son excesivamente costosas, no se están llevando a cabo porque generalmente se desconoce el problema y no se tiene en cuenta durante las fases de diseño y posterior construcción de los locales cerrados. Resulta mucho más costoso adaptar un local para solucionar problemas acústicos que tener en cuenta las soluciones durante su diseño. Aún así, se considera justificada la inversión de mejora acústica de las aulas, si resultase necesaria, frente a los posibles problemas de aprendizaje y de bienestar de los alumnos y personal docente. Este capítulo pretende exponer los principales problemas acústicos que pueden darse en aulas docentes y posibles soluciones. Principios Básicos De la misma manera que se comentó anteriormente que no existe un modelo de “persona tipo”, atendiendo a sus dimensiones antropométricas, tampoco existe un modelo de “buena acústica”. Las condiciones acústicas dependen de cada local y sus materiales. Por ello hay que conocer los conceptos acústicos básicos y aplicarlos a cada caso. En arquitectura acústica las características más importantes de las ondas de sonido son su amplitud, fuerza de presión del sonido y frecuencia del sonido. Igual que los rayos de luz, estas ondas pueden sufrir transmisión, absorción, reflexión y difusión. Uno de los efectos más perjudiciales para la comprensión del habla en un aula es el del eco discreto. Este se genera por la reflexión de las ondas de sonido. Si estas reflexiones se dan de manera rápida, como en un ambiente cerrado, se puede producir la superposición de varias ondas de distintas palabras en un mismo punto, dificultando la comprensión oral de las mismas. Otro tipo de eco que interfiere con la audición es el eco repetitivo. Cuando dos superficies planas y rígidas están paralelas, el sonido puede rebotar rápidamente entre ellas, creando un efecto resonante. Esto puede sucede entre las paredes del aula o entre el suelo y el techo. - 68 Memoria _______________________________________________________________________________________ Los niveles de intensidad y presión sonora pueden medirse en decibelios (dB). Hay que considerar que esta unidad se mide en escala logarítmica, y por tanto, no se pueden sumar. El tiempo de reverberación (RT) mide la velocidad a la que decae un sonido en un ambiente cerrado. Este tiempo depende del volumen del local y de los materiales superficiales interiores de paredes, techo y suelo. El tiempo de reverberación aumenta con el tamaño del local, y puede producir sonidos de difícil comprensión. Los muros de separación de 2 recintos poseen la característica de reducción de ruido (NR), medida en dB. Esta mide el porcentaje del sonido producido en un recinto que atraviesa el muro hacia el recinto contiguo. El NR se obtiene de la diferencia entre el nivel de ruido en el recinto de la fuente y el del recinto contiguo. Para cuantificar lo comprensible que es la voz en un recinto se utiliza la relación señal/ruido (S/N), medida en dB. La S/N se obtiene de la diferencia entre el nivel sonoro de la voz y el nivel del rudo de fondo. En caso de ser negativa significará que el ruido de fondo es mayor que la voz del que expone, dificultando enormemente la comprensión del lo que se explica. A S/N disminuye con la distancia a la fuente (al fondo de una clase) y cerca de las fuentes de ruido (aparatos eléctricos, ventiladores, gente hablando, etc.). Se puede tomar como valor de comprensión de la voz a > 10 dB, para personas sin problema de audición, y > 15 dB para personas con ligeros problemas de audición. 4.2.2. Condiciones acústicas A continuación se presentan las recomendaciones acústicas más importantes para el correcto desarrollo de las clases en aulas similares a la que se está diseñando; aproximadamente 30 alumnos distribuidos de frente a una pared de la clase, desde donde el maestro realiza las explicaciones. Reverberación Desgraciadamente, en la mayoría de aulas docentes el tiempo de reverberación (RT o TR) tiende a ser prolongado, mayor a 1,5 segundos. Esto genera una mala acústica, ya que dicho tiempo en este tipo de locales debería situarse entre 0,8 y 1,5 segundos, según la norma NBE-CA-88, aunque diversas referencias bibligráficas consideran más adecuados valores entre 0,6 y 1,0 segundos [6][7]. Existen tablas que indican los valores recomendados según las actividades realizadas en cada local. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 69 _______________________________________________________________________________________ Se puede calcular el RT aproximado de cualquier local mediante la ecuación de Sabine, a partir de su volumen, sus superficies interiores y los materiales que las componen. Cada material posee un coeficiente de absorción que cuantifica la energía que absorbe de la onda de sonido. Como en general, el nivel de ruido en un aula no puede reducirse, tan sólo se puede aumentar la absorción sonora para reducir el tiempo de reverberación. La instalación de paneles absorbentes, o plafones, en un falso techo permite reducir el nivel de ruido mediante la disminución del volumen del local y de la reflexión de las ondas de sonido. Estos plafones deben tener un NR ≥ 0,75 para resultar útiles, y conviene dejar un espacio libre entre su superficie y el techo del aula [6]. También se puede aumentar la absorción de las superficies con materiales como la fibra de vidrio, la tela, alfombras, cartón, paneles acústicos especiales, etc. Algunos de estos materiales, como la tela y las alfombras, no son adecuados para aulas docentes por cuestiones de higiene. Estos materiales absorbentes deben utilizarse en el mayor número de superficies posible, ya que si no se puede llegar a disminuir el RT pero no el eco entre paredes o entre techo y suelo. Reflexiones Los ecos pueden reducirse mediante absorción o difusión. Por ello, al instalar materiales absorbentes, además de reducir el nivel de ruido, se reduce el eco. El eco discreto resulta más perjudicial para la comprensión auditiva cuanto más tarde se percibe, y afecta tanto al oyente como al ponente. Por esta razón se puede utilizar materiales absorbentes en la pared del fondo de las aulas para evitar que la voz del profesor produzca eco al reflejarse en ella. También se pueden utilizar elementos difusores en la pared del fondo para distribuir el sonido en múltiples direcciones, reduciendo el nivel de reflexión en cada dirección y ayudando a que la voz llegue a todo el mundo. Para reducir los ecos repetitivos entre paredes paralelas es suficiente colocar paneles absorbentes en una de las paredes. Si las paredes no son paralelas este problema no existe. En casos especiales en los que se necesite reflejar la voz del maestro, porque esta se debilita al viajar hacia el fondo de aulas de gran tamaño, se pueden utilizar placas reflectoras en la pared frontal o en la zona central del techo. Para evitar que estas placas - 70 Memoria _______________________________________________________________________________________ aumenten el tiempo de reverberación, puede ser necesario colocar paneles absorbentes en el fondo del aula. Hay que tener en cuenta que estas soluciones son útiles para clases expuestas desde la parte frontal del aula, pero son perjudiciales para zonas de trabajo individual, en grupos reducidos, reuniones, etc. Ruidos Internos El problema de la existencia de ruido es que para que una voz sea comprendida esta debe mantener siempre una relación S/N ≥ 10 dB, independientemente del nivel el ruido de fondo [6]. Esto puede resultar difícil y malo para la voz en sí, además de que dificulta la concentración por parte de los alumnos. Cabe destacar que es sencillo evitar posibles ruidos molestos en un aula durante la fase de diseño, pero es bastante complicado hacerlo una vez el aula se encuentra en funcionamiento. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 71 _______________________________________________________________________________________ El criterio de ruido (NC) se obtiene al comparar gráficamente los niveles de ruido a ciertas frecuencias con unas curvas establecidas. Se mide el nivel de presión sonora del ruido en cada banda de octava, marcando estos niveles en una gráfica, y después se comparan los resultados con las curvas NC preestablecidas. La curva NC más baja que no exceda con el espectro del ruido representado es el valor NC del ruido. Fig. 4.1. Curvas de criterio de ruido NC y espectros de ruido para 3 aparatos de ventilación distintos En un aula el NC no debe ser mayor a 30 o 35. Además, el nivel de ruido no debe exceder los 35 dB [6]. Existen algunas recomendaciones básicas sobre el diseño de aulas para reducir los ruidos: • Colocar los aparatos mecánicos de acondicionamiento de aire en pasillos o zonas fuera del aula, haciendo llegar el aire a esta mediante conductos de ventilación. • Transportar el aire por conductos largos y con caudales grandes y a baja velocidad. • Utilizar rejillas en los conductos con un NC < 25. - 72 Memoria _______________________________________________________________________________________ Hasta ahora sólo se han considerado ruidos generados por aparatos de climatización, pero existen fuentes de ruido que provienen del interior de la propia aula. Principalmente, se debe evitar la transmisión de ruidos entre aulas adyacentes, ya que puede ser inevitable la fuente de ruido, pero no la transmisión al resto de clases. Este fenómeno perjudicial para la realización de actividades en silencio se da en muchos casos actualmente, debido a los materiales ligeros utilizados para separar un recinto en varias aulas, como los muros prefabricados de fibra de vidrio. Aunque, cada vez más, se utilizan materiales prefabricados con buenas características de aislamiento acústico y térmico a bajo coste. En general, para separar aulas entre sí es necesario colocar algún material aislante, como la lana de roca, entre las dos superficies del muro, para obtener una baja transmisión del ruido. En casos donde el aislamiento acústico es primordial, se dejará también una capa vacía entre la capa de material aislante y una de las paredes. En general, aumentar la masa de los muros mejora el aislamiento acústico, pero aumenta también su coste y se pierde espacio. Hay que tener en cuenta que los muros deben ir del suelo hasta el techo estructural, ya que si sólo llegan hasta el falso techo, el sonido se transmite entre ambos de un recinto a otro. Cualquier abertura, por pequeña que sea (ventanas, puertas, rendijas, espacios no aislados, grietas, etc.) puede acabar con todo el aislamiento. Por eso hay que utilizar aislantes en todas las uniones, y en los bordes de puertas, ventanas y demás elementos que se pueden abrir. Esto también contribuye a una buena climatización del local. Puertas y ventanas siempre deben instalarse alejadas de posibles fuentes fijas de ruido y a ser posible, separadas entre sí, para evitar transmisión entre sí. Ruidos Externos Lo comentado respecto al aislamiento en muros de separación entre recintos es aplicable a los muros exteriores. Se da por supuesto que, en el caso de aulas docentes, que tienen al menos un muro exterior, estos no tienen problemas de aislamiento. Si no fuese así, el problema sería de tipo constructivo, y tendría difícil solución. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 73 _______________________________________________________________________________________ Los tabiques móviles se emplean en grandes aulas que se pueden dividir en dos para optimizar la utilización del espacio, pudiendo realizar dos actividades simultáneamente sin que interfieran entre sí. Estos muros o tabiques habitualmente no cumplen correctamente la función de aislar acústicamente los dos recintos entre sí. Por ello deben ser adecuados a cada nivel de ruido y deben estar correctamente instalados y preservados. Si el nivel de ruido es, o va a ser considerable, no bastará con aislar los recintos contiguos con un tabique móvil flexible, habrá que instalar uno rígido. Fig. 4.2. Tabique móvil acústico flexible. Fig. 4.3. Tabique móvil acústico rígido. El gran problema es la transmisión del ruido exterior a través de las ventanas. En aulas docentes estas ocupan una gran parte de la superficie de, al menos, una de las paredes. Por eso es imprescindible que aíslen acústica y térmicamente del exterior. Los principales requisitos para un buen aislamiento acústico por parte de las ventanas son: • Sellado del marco y mantenimiento en buen estado. • Nunca instalar fuentes de ruido o vibraciones a través de ellas, tales como ventiladores y aparatos de aire acondicionado. • Juntas, de caucho, en perfecto estado (las de goma espuma son más baratas pero menos efectivas). • las ventanas conviene que sean dobles o triples e incluso con diferentes espesores. Las ventanas de doble vidrio ofrecen buen aislamiento acústico y térmico, ahorrando energía. - 74 Memoria _______________________________________________________________________________________ La mayoría de las indicaciones para ventanas son aplicables a las puertas. Al menos, es conveniente que estas sean pesadas, de alta densidad. Como en el caso de los muros, en general, aumentar su masa reduce la transmisión de ruidos. Los valores del aislamiento proporcionado por las puertas se determinarán mediante ensayo. No obstante, en ausencia de ensayo, el aislamiento proporcionado (NR) en dB(A) por puertas macizas, metálicas o de madera y laminadas unidas por bastidor se puede determinar mediante la siguiente expresión, en función de su masa (m) por unidad de superficie, expresada en Kg./ m2.: NR =16, 6 ⋅ log(m) − 8 dB ( A) (Ec. 4.1) La ecuación anterior es aplicable a puertas provistas de juntas de estanquidad. En caso de no tenerlas, debe reducirse en 5 dB(A) el valor de absorción de ruido obtenido. Sin embargo, es muy recomendable colocar tiras de elastómeros en todos los perímetros de los marcos de las puertas, para evitar fugas de aire, cuando estas están cerradas. A continuación se muestra una tabla con el aislamiento acústico de diversos tipos de puertas: Tabla 4.1. Aislamiento acústico de puertas Equipos de amplificación del sonido Los equipos electrónicos de ampliación del sonido permiten aumentar la relación S/N y reducir el esfuerzo de voz necesario para llegar a todas partes del aula. Sin embargo, en locales con un tiempo de reverberación alto se empeora la comprensión auditiva. Además, si se necesita una amplificación alta, se captará sonido ambiente y no se DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 75 _______________________________________________________________________________________ aumentará la relación S/N. Una amplificación alta también puede suponer una fuente de ruido para aulas próximas. Por todo esto, la utilización de equipos de amplificación del sonido no es trivial y debe ser estudiada de manera específica en cada caso. 4.3. Diseño acústico del aula Antes de tomar cualquier solución sobre los materiales constructivos a emplear en el aula hay que realizar unos cálculos previos para cuantificar algunas magnitudes acústicas del recinto. 4.3.1. Condiciones acústicas Nivel de presión sonora Si un sonido tiene una presión mucho mayor que otro, el sonido más fuerte oculta al otro, siendo el nivel en dB el del sonido más fuerte. Si ambos tienen sonoridades similares, la combinación de ambos genera un sonido tantos decibelios mayor al valor más alto, según la tabla siguiente: Diferencia (dB) Cantidad a sumar al valor mayor (dB) 0-1 3 2-3 2 4-9 1 >10 0 Tabla 4.2. Combinación de sonidos de distinto nivel [7] Esta combinación de sonidos sólo se puede realizar de dos en dos. En el aula se espera un nivel de sonido de 35 dB(A). Cada ordenador genera un sonido aproximado de 30 dB(A), y se considera que todos por igual. Los proyectores informáticos pueden llegar hasta los 40 dB(A). Tomando los valores de dos en dos se obtiene: 35 dB ( A) − 30 dB ( A) = 5 dB ( A) (Ec. 4.2) - 76 Memoria _______________________________________________________________________________________ Según la tabla hay que agregar 1 dB(A) al máximo valor, obteniendo un sonido combinado de: 35 dB ( A) + 1 dB ( A) = 36 dB ( A) (Ec. 4.3) Considerando el proyector se obtiene un sonido combinado de: 40 dB ( A) − 36 dB ( A) = 4 dB ( A) ⇒ 40 dB ( A) + 1 dB ( A) = 41 dB ( A) (Ec. 4.4) Si se considera un nivel de la voz del profesor de 55 dB(A), nivel bajo pero adecuado para una aula informática de tamaño medio, la relación de la señal respecto al ruido S/N es de: 55 dB ( A) − 41 dB ( A) = 14 dB ( A) (Ec. 3.5) Al ser esta relación S/N >10 dB, se puede decir que seguro que la voz de profesor será comprensible. Tiempo de reverberación El tiempo de reverberación es el tiempo necesario para que el sonido decaiga 60 dB respecto a su valor inicial. Este valor se puede calcular de manera sencilla mediante la ecuación de Sabine [7]: TR(60) = 0,161⋅V ∑ (S ⋅α ) (Ec. 4.6) donde, TR(60) es el tiempo de reverberación en segundos V es el volumen del local en m3 α es el coeficiente de absorción de cada material a la frecuencia correspondiente DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 77 _______________________________________________________________________________________ Los coeficientes de absorción se determinan experimentalmente, e indican la proporción de energía de la onda sonora absorbida en tanto por uno. La siguiente tabla muestra valores para algunos materiales comunes en acústica. Tabla 4.3. Coeficientes de absorción del sonido según material. Para simplificar los cálculos, al hacer una primera estimación del tiempo de reverberación tan sólo se considera una frecuencia, que suele ser una de las frecuencias representativas de la voz, 1.000 Hz. Se considera el peor de los casos, el aula vacía de personas y muebles, ya que estos elementos rebajan este tiempo y mejoran las condiciones. Además, la distribución variable del mobiliario y, sobretodo, de las personas hace que no tenga sentido tenerlas en cuenta. Se realiza el estudio del tiempo de reverberación del aula en diversos casos según los materiales constructivos empleados en paredes, suelo y techo. - 78 Memoria _______________________________________________________________________________________ El caso más habitual en aulas actualmente construidas es el que no emplea medidas especiales de absorción acústica: ZONA MATERIAL SUPERFICIE Puerta Madera 2,10 x 2,20 m2 4,62 COEF. ABSORCION Superficie x α 0,07 0,32 Ventanas Vidrio 1,10 x 14 15,4 0,12 1,85 Pared trasera Yeso en muro 3 x 10 30 0,05 1,50 Pared delantera Yeso en muro 3 x 10 30 0,05 1,50 Pared lateral puerta Yeso en muro 3 x 15 - 4,62 40,38 0,05 2,02 Pared lateral ventanas Yeso en muro 3 x 15 - 15,4 29,6 0,05 1,48 Techo Yeso en techo 15 x 10 150 0,05 7,50 Suelo Loseta plástica 15 x 10 150 0,03 TOTAL 450 VOLUMEN 15 x 10 x 3 4,50 20,67 450 Tabla 4.4. Características del aula sin medidas especiales de absorción acústica. Con los datos calculados en la tabla, se puede obtener el tiempo de reverberación del aula a partir de la ecuación de Sabine. TR (60) = 0,161 ⋅ 450 = 3,51segundos 20, 67 (Ec. 4.7) Este valor no es aceptable, ya que para aulas docentes debe situarse entre 0,8 y 1,5 segundos. Como segundo caso, se contempla una situación ampliamente utilizada en oficinas, en las que se aprovecha el falso techo para colocar paneles de plafond que contribuyen a la absorción acústica. ZONA MATERIAL SUPERFICIE Puerta Madera 2,10 x 2,20 m2 4,62 COEF. ABSORCION Superficie x α 0,07 0,32 Ventanas Vidrio 1,10 x 14 15,4 0,12 1,85 Pared trasera Yeso en muro 3 x 10 30 0,05 1,50 Pared delantera Yeso en muro 3 x 10 30 0,05 1,50 Pared lateral puerta Yeso en muro 3 x 15 - 4,62 40,38 0,05 2,02 Pared lateral ventanas Yeso en muro 3 x 15 - 15,4 29,6 0,05 1,48 Techo Paneles plafond fibra vidrio 15 x 10 150 0,85 127,50 Suelo Loseta plástica 15 x 10 150 0,03 TOTAL 450 VOLUMEN 15 x 10 x 3 4,50 140,67 450 Tabla 4.5. Características del aula con medidas de absorción acústica medias. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 79 _______________________________________________________________________________________ Con estos valores se obtiene un tiempo de reverberación menor. TR (60) = 0,161 ⋅ 450 = 0,52segundos 140, 67 (Ec. 4.8) Este resultado demuestra que el simple echo de colocar un techo absorbente a base de paneles de plafond rebaja muchísimo el tiempo de reverberación. Esta medida por si sola puede solucionar los problemas acústicos, con una pequeña inversión. El tiempo de reverberación se considera muy bueno para el aula informática. En el tercer caso se analizan las condiciones acústicas en el caso de emplear al máximo materiales de absorción en paredes y techo. ZONA MATERIAL SUPERFICIE Superficie x α Madera 2,10 x 2,20 m2 4,62 COEF. ABSORCION Puerta 0,07 0,32 1,85 Ventanas Vidrio 1,10 x 14 15,4 0,12 Pared trasera Muro de tabla-roca 3 x 10 30 0,06 1,80 Pared delantera Muro de tabla-roca 3 x 10 30 0,06 1,80 Pared lateral puerta Muro de tabla-roca 3 x 15 - 4,62 40,38 0,06 2,42 Pared lateral ventanas Muro de tabla-roca 3 x 15 - 15,4 29,6 0,06 1,78 Techo Paneles fibra vidrio 5 cm 15 x 10 150 0,90 135,00 Suelo Loseta plástica 15 x 10 150 0,03 TOTAL 450 VOLUMEN 15 x 10 x 3 4,50 149,47 450 Tabla 4.6. Características del aula con medidas de absorción acústica altas. Con estos valores se obtiene un tiempo de reverberación menor. TR (60) = 0,161 ⋅ 450 = 0, 48segundos 149, 47 (Ec. 4.9) Como era de esperar, el tiempo de reverberación se reduce, pero tan sólo ligeramente por debajo del caso con aislamiento solamente en el techo. Por eso, sólo se justifica la inversión en alto aislamiento en casos en los que la acústica es un factor crítico. Esto no afecta a las necesidades de aislamiento de muros y paredes para evitar transmisión del sonido a través de ellos. Para aulas docentes utilizadas por usuarios con problemas auditivos, el tiempo de reverberación debe reducirse hasta 0,4-0,6 segundos. En estos casos la inversión en un gran lamiento acústico está justificado. - 80 Memoria _______________________________________________________________________________________ Comprensión del habla La comprensión del habla es una característica acústica que se mide experimentalmente, y que depende del tiempo de reverberación y de la relación señal-ruido. Si ambos factores son aceptables, seguramente la comprensión del habla será suficiente, por encima del 90%. Basándose en pruebas realizadas, en el caso del aula del estudio, que posee un tiempo de reverberación de unos 0,5 segundos y una relación S/N de 14 dB, se puede decir que la comprensión del habla en este salón está por encima del 90%. 4.3.2. Medidas constructivas Techo En el diseño acústico del aula se parte de la suposición de que la cubierta del edificio ha sido construida correctamente siguiendo las indicaciones de la NBE-CA-88, que establece que: • El aislamiento mínimo a ruido aéreo exigible a la cubierta se fija en 45 dB(A). En azoteas transitables, el nivel de ruido de impacto normalizado en el espacio subyacente no debe ser superior a 80 dB(A), con la excepción de que estos espacios sean no habitables como trasteros y salas de máquinas. El aula que se está diseñando en este proyecto puede considerarse de tamaño medio. Una absorción acústica excesiva puede dificultar que la voz del profesor llegue hasta la parte final de la clase. Aún se complica más la comprensión si la relación señal-ruido es baja, debido a que los alumnos del aula hablan o generan ruido. La mejor solución para reducir las reflexiones indeseadas pero conseguir al mismo tiempo que la voz llegue al final de la clase es colocar un falso techo modular, con plafones intercambiables. Esto permite múltiples configuraciones, combinando paneles absorbentes y paneles reflectores. Los paneles reflectores sólo se deben colocar en casos concretos, en que se pretende hacer llegar el sonido al fondo del aula. Esto no será necesario habitualmente debido a las dimensiones medias del recinto. En un aula de unos 15 metros de longitud, como la que se está considerando, en el caso de colocar paneles reflectores, estos deben colocarse en la zona central del aula, y los paneles absorbentes en todo su alrededor. La modificación de la distribución es muy sencilla y rápida, y permite adaptarse a las diversas situaciones: clases, conferencias, DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 81 _______________________________________________________________________________________ trabajo en grupos, etc. Además, ambos tipos de paneles pueden ir pintados del mismo color (blanco). Se propone la utilización de paneles EUROCOUSTIC MINERVAL, de la compañía ISOVER, de dimensiones 1.200x600x25 mm. o de 600x600x25 mm., sobre perfilería de acero galvanizado lacado en blanco y visto. Dicha perfilería cuelga aproximadamente 40 cm respecto al techo. Fig. 4.4. Techo auxiliar con paneles EUROCOUSTIC. Estos paneles aseguran una buena absorción acústica: Fig. 4.5. Gráfico de absorción acústica de los paneles EUROCOUSTIC MINERVAL. Se ha escogido un espesor de los paneles de 25 mm, para asegurar un coeficiente de absorción similar al empleado en los cálculos (α = 0,85), pero es suficiente con un espesor de 20 mm. - 82 Memoria _______________________________________________________________________________________ Si es posible, se construirá el falso techo con una inclinación aproximada de 5º para romper el paralelismo con el suelo. Paredes En el diseño acústico del aula se parte de la suposición de que la fachada del edificio ha sido construida correctamente siguiendo las indicaciones de la NBE-CA-88. Para mantener bajo el tiempo de reverberación y reducir los ecos se coloca pintura blanda en las paredes. El uso de paneles de fibra de vidrio densa no resulta necesario, como se ha demostrado en el cálculo del tiempo de reverberacón. En caso de necesitar un aislamiento alto, si las paredes se construyen directamente con una capa interna de poli estireno extruído ya no es necesario colocar paneles sobre ellas. Esta solución resulta más cara pero mejora el aislamiento acústico. En el caso del aula objeto de estudio, no se considera necesario la instalación de paneles absorbentes en las paredes. Las condiciones acústicas de un aula docente no son tan exigentes como para recurrir a esta solución. Estos elementos son adecuados en locales extremos, como estudios de grabación, salas de conciertos, teatros, cines, grandes palacios de congresos, etc. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 83 _______________________________________________________________________________________ Puertas La norma de edificación NBE-CA-88 no establece unos valores mínimos de aislamiento acústico de las puertas, pero si estas no son adecuadas a las condiciones no sirve de nada aislar correctamente el resto de elementos del aula. Como puerta tipo, adecuada para su instalación en un aula interior, se muestra la puerta Acústica-Cortafuego RS5/F, de la compañía ACÚSTICA INTEGRAL. Fig. 4.6. Estructura de la puerta RS5/F Este modelo de puerta posee las siguientes características: - Certificado acústico y de resistencia al fuego. - Aislamiento acústico hasta 40 dB. - Resistencia al fuego: RF-90 en cara interior (contraria a las bisagras) y RF-60 en la cara exterior. Fig. 4.7. Aislamiento acústico de la puerta RS5/F - 84 Memoria _______________________________________________________________________________________ Se debe instalar una puerta de este tipo de 2 hojas, de unos 2 metros de ancho en total, para facilitar el acceso de minusválidos, el tránsito de personas en ambos sentidos y la evacuación en caso de incendio. En caso de que exista un marco de puerta en el suelo, el escalón que forme debe ser salvado or una rampa, como se indica en las normas de accesibilidad para minusválidos del capítulo de diseño dimensional. Ventanas El espesor del vidrio, el número de capas (ventanas simples, dobles, etc.) y la estanqueidad constituyen los factores determinantes del aislamiento acústico de ventanas. Estos factores condicionan también fundamentalmente el aislamiento térmico, por lo que merece la pena invertir en estos elementos para conseguir unas condiciones ambientales óptimas. La NBE-CA-88 establece que: • En locales que no sean de reposo, se considera suficiente el aislamiento acústico proporcionado por ventanas con carpinterías de la Clase A-1 como mínimo, provistas de acristalamientos de espesor igual o superior a 5-6 mm. En el caso de un aula docente, es recomendable utilizar ventanas de doble acristalamiento, ya que si poseen un buen diseño pueden proporcionar aislamientos importantes, ligeramente superiores a 50 dB(A). DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 85 _______________________________________________________________________________________ Las ventanas con carpintería de PVC (Cloruro de polivinilo) son una de las mejores opciones debido a que este material dota a los marcos y bordes de las ventanas de las siguientes características: - Buen aislamiento térmico, acústico y eléctrico Alta resistencia a golpes Alta resistencia a la climatología Resistencia a la corrosión Resistencia a rayos UVA Higiene y limpieza sencilla (libre de hongos y bacterias) Baja inflamabilidad y auto extinguible al fuego Totalmente reciclable Color inalterable Baja deformación mantenimiento mínimo precios competitivos El uso del PVC en sistemas de carpintería ha crecido enormemente en los últimos años, siendo un tipo versátil de plástico con un buen nivel de aislamiento. No necesitan pintura y tienen buena resistencia a la humedad. Recientes tratamientos del PVC aumentan la resistencia al desgaste del material bajo la acción de la radiación solar. Además, necesitan poco mantenimiento y, en cuanto a las prestaciones térmicas, el material se puede comparar con la madera. Existe una carpintería de PVC con aislamiento. La diferencia que posee frente al tipo convencional es que las cavidades de la carpintería van rellenas de material aislante, con el fin de incrementar el aislamiento térmico y acústico. Con este método se consiguen prestaciones superiores que las de las carpinterías de madera. Existen diversas configuraciones de ventanas de PVC: - Pivotantes superiores Pivotantes inferiores Correderas Las ventanas pivotantes evitan la infiltración de viento en los locales, pero ofrecen poca ventilación. En cambio, las ventanas correderas sufren mayor infiltración de viento, pero permiten ajustar la ventilación regulando su abertura. La máxima abertura posible es la de la mitad del ancho de la ventana, en ventanas de 2 hojas. - 86 Memoria _______________________________________________________________________________________ Las juntas de los perfiles de las ventanas deben ser de elastómero con base EPDM (“etylen-propylen-dien mixture”). Ya se ha comentado en apartados anteriores que cuanto mayor es el espesor y la densidad de una pared, mayor es el aislamiento acústico. Lo mismo ocurre con el aislamiento acústico que proporciona un vidrio monolítico de una ventana. En el caso de piezas de construcción con varios elementos, como el doble acristalamiento, el comportamiento de aislamiento acústico es diferente. En este caso lo más importante es la adecuada combinación del conjunto. Cuanto mayor es la inercia del conjunto de acristalamiento, mejor es el nivel de aislamiento acústico. Piezas de mayor espesor mejoran dicho aislamiento, siendo lo más importante que las dos lunas del acristalamiento tengan un espesor diferente. Cuanto mayor es la diferencia de espesor, mejor es el aislamiento acústico. En el aislamiento acústico de ventanas no tiene importancia el orden de colocación de los vidrios El aislamiento acústico mejora cuando se aumenta la distancia entre las dos lunas. Con la construcción adecuada del acristalamiento se puede conseguir un aislamiento acústico de hasta 50 dB(A). Hay que destacar también la enorme importancia que tiene el espacio vacío entre los dos cristales. Su humedad debe mantenerse lo más baja posible, mediante juntas de espuma de absorción de humedad, para minimizar la transmisión del sonido, y debe estar completamente libre de polvo, para no restar visibilidad. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 87 _______________________________________________________________________________________ La siguiente tabla muestra como varían las características acústicas y térmicas de los vidrios ISOLAR AKUSTEX, de la compañía VITRO S.A., según su espesor y la composición de sus láminas: Tabla 4.7. Características acústicas y térmicas de distintos vidrios Nota: La “L” que precede al espesor de alguna de las capas del vidrio indica que esta pertenece a un material laminar. Suponiendo que la mayoría de aulas disponen de una pared con ventanas, como es el caso que se está estudiando, es necesario disponer de algún sistema para evitar que la luz exterior produzca reflejos en la pizarra y en pantallas de proyección o que pueda molestar directamente a los usuarios. No siempre se dispone de persianas, por eso es imprescindible dotar a las ventanas de cortinas desplazables. Estas cortinas pueden tener características especiales que, además, aíslen térmica y acústicamente. Realizan la función conjunta de absorber los ruidos interiores, para que no sean reflejados por la pared, y aislar de los ruidos exteriores. - 88 Memoria _______________________________________________________________________________________ Por su simplicidad y bajo coste, es habitual emplear cortinas venecianas en la cara interior de las ventanas. Si estas están formadas por tiras de madera, tela o plástico, en vez de las clásicas de aluminio, la acción aislante es mayor. Además, la regulación de la inclinación permite adaptar la iluminación que penetra del exterior a las necesidades de cada momento. Tabique móvil Debido al tamaño del aula y el número de mesas que alberga, no es necesaria la instalación de un muro/ tabique móvil acústico de separación. Pero puede aumentar la productividad del aula. En ese caso se puede realizar una pequeña variación en la distribución del mobiliario del aula, para separarla por la zona central, entre dos filas de mesas, mediante un muro móvil flexible o rígido. En el proceso de instalar un tabique móvil, hay que tener en cuenta lo que establece la normativa de construcción NBE-CA-88 respecto a paredes separadores de aulas de edificios de uso docente: • El aislamiento mínimo a ruido aéreo R exigible a estos elementos constructivos se fija en 40 dB(A). Como se ha estimado que la voz de un profesor puede alcanzar los 55 dB, se requiere la instalación de un tabique móvil rígido con buen aislamiento acústico, ya que sino la transmisión de ruido entre recintos impediría la comprensión del habla, sobretodo a los alumnos cercanos al tabique de separación. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 89 _______________________________________________________________________________________ Se propone la instalación de un tabique acústico móvil rígido como el Rollingwall Monodireccional, de la empresa NOTSON ACÚSTICA. Estos tabiques, con un espesor de 100 mm, proporcionan un aislamiento acústico de 40 a 45 dB según sus acabados. Fig. 4.8. Muro Rollingwall Monodireccional desplegado y plegado. Los tabiques monodireccionales están formados por módulos colgados por su centro de un solo vástago, que les permite el giro sobre sí mismos, almacenándose en cualquiera de los extremos del carril. La carga a soportar por la estructura de la que cuelgan el carril y los módulos, cuando el tabique está extendido, es igual a una carga uniforme y repartida de 50·h Kg, por metro lineal de carril, siendo h la altura del módulo en metros. Debido a que la totalidad de los módulos pueden deslizarse a lo largo del carril, debe tenerse presente que el peso total del tabique puede estar concentrado en el punto medio del elemento soportante. Esta carga puntual, será igual a la superficie total del muro por 50 Kg./m2. A continuación se realizan los cálculos estructurales que deben considerarse, a modo de ejemplo, para la instalación de cualquier tabique móvil monodireccional. En el caso estudiado, con un tabique formado por 10 módulos de 2,60x1x0,1 metros (0,4 m de falso techo) se obtienen las siguientes cargas a soportar: Carga repartida = 2, 60 ⋅ 50 =130 kg (Ec. 4.10) m carril Máxima carga puntual =10 ⋅ (2, 60 ⋅1) m2 ⋅ 50 kg = 1.300 kg m2 (Ec. 4.11) - 90 Memoria _______________________________________________________________________________________ Estas cargas obtenidas condicionan el tamaño de los perfiles a escoger para formar el carril superior del tabique móvil. Además, debe tener una anchura suficiente para soportar el mecanismo de rodillos de los módulos. Se considera que el carril está formado por dos perfiles IPE en paralelo, que se apoyan en sus extremos, a 10 metros de distancia equivalentes a la anchura de la clase. Por tanto, la máxima carga puntual soportada por cada perfil es de 1.300/2 = 650 kg. El momento flector máximo (M) se da con la máxima carga puntual concentrada en el centro del perfil. En ese punto es de 1.625 kg·m. Fig. 4.9. Diagrama de momentos flectores sobre el perfil del tabique. El módulo resistente mínimo necesario es de: W= M σ acero = 162.500 kg ⋅ cm = 62,5 cm3 kg 2.600 2 cm (Ec. 4.12) Se considera una resistencia media del acero de σacero = 2.600 Kg./cm2. Con dos perfiles de acero laminado IPE 140 se aguanta el momento generado en el tabique. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 91 _______________________________________________________________________________________ Hay que comprobar que el perfil aguanta el esfuerzo cortante máximo, que es de 650 kg. Fig. 4.10. Diagrama de esfuerzos cortantes sobre el perfil del tabique. La tensión tangencial (σ) sufrida por el perfil, debida al esfuerzo cortante (F), es: σ= σ F 650 kg 2.600 = 40 kg / cm 2 ≤ acero = = 1.500 kg / cm 2 2 A 16, 4 cm 3 3 (Ec. 4.13) Siendo A la superficie resistente del perfil IPE 140, e igual a 16,4 cm2. Como la solicitación del perfil es mucho menor que su resistencia, la biga aguantará el esfuerzo. Por cuestiones estéticas y de seguridad hay que evitar que los perfiles superen una flecha máxima (f), que depende de su longitud (L): fmax = L/ 500 = 1000 cm/ 500 = 2 cm (Ec. 4.14) La flecha máxima (fmax) del perfil escogido es de: f max 1 F ·L4 1 0, 650·10004 = · = · = 1,5 cm ≤ 2 cm 384 E·I 384 2,1·106 ·541 Siendo L la longitud del perfil, E el módulo de Young del acero e I su inercia. (Ec. 4.15) - 92 Memoria _______________________________________________________________________________________ Con ESTRUWIN* se comprueba que la flecha máxima que se alcanza se da en el centro del perfil y es de 17 mm hacia abajo. Este valor se considera aceptable por estar por debajo del valor recomendado. *Nota: Todos los cálculos realizados han sido comprobados con el software informático de cálculo de estructuras ESTRUWIN, del Departamento de Resistencia de Materiales y Estructuras de la ETSEIB (LAREST). Los módulos se deslizan a lo largo del carril superior, mediante rodamientos de polímero auto lubricado que no necesitan engrase ni mantenimiento. No precisan para su desplazamiento carril inferior. Hay que considerar que los tabiques deben disponer de sistemas de deslizamiento que no transmitan ruido entre ambos lados del recinto y que trasladen los distintos módulos del tabique con el mayor silencio y el menor esfuerzo posibles. Lo mismo ocurre con las uniones entre ellos. Fig. 4.11. Raíles del tabique móvil. Fig. 4.12. Sección de unión entre dos módulos. La estanqueidad acústica de los módulos se consigue mediante el dispositivo mecánico de cada uno de ellos, que libera de su interior dos traviesas telescópicas, una superior y otra inferior, que presionan contra el carril y el suelo, garantizando la fijación de cada módulo en su lugar. El último módulo, el módulo de cierre, libera también una traviesa telescópica lateral para garantizar el aislamiento acústico total del tabique móvil. El contacto entre las traviesas telescópicas y el carril superior, suelo y pared, se lleva a cabo mediante perfiles de caucho EPDM (etileno, propileno, dieno, monómero), o silicona, para evitar cualquier puente fónico. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 93 _______________________________________________________________________________________ La unión de los módulos entre sí se efectúa a través de sus perfiles laterales y juntas de caucho EPDM, dispuestas de tal forma que evitan cualquier puente fónico entre las zonas que separan. Para conseguir una perfecta estanqueidad acústica es imprescindible la colocación de una barrera fónica desde el carril al forjado. En el caso del falso techo, las barreras fónicas se colocan desde el falso techo al forjado. Las barreras fónicas están constituidas por un sándwich formado por dos placas de aglomerado o cartón-yeso, y lana de roca en su interior. Fig. 4.13. Sección de la barrera fónica. - 94 Memoria _______________________________________________________________________________________ Para poder instalar un tabique acústico móvil en el aula objeto de diseño se deben alterar ligeramente la distribución de las mesas. Esta nueva distribución se muestra a continuación. Fig. 4.14. Nueva distribución del aula con instalación de tabique móvil Esta variación no incumple ninguna de las normas y recomendaciones ergonómicas establecidas en el diseño dimensional; no se empeora la comodidad ni se dificulta el movimiento de personas, alumnos, profesores personal de mantenimiento y limpieza, etc., ni siquiera de personas minusválidas. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 95 _______________________________________________________________________________________ Existen dos inconvenientes que llevan a no recomendar esta solución a no ser que sea imprescindible. El primero es la proximidad de la mesas de la primera fila al tabique móvil en el nuevo recinto trasero. Esto no es un inconveniente si el número de alumnos en ese recinto es reducido o tan sólo se utiliza como aula informática de libre acceso. El segundo inconveniente es que la instalación de un tabique móvil requiere una nueva puerta de acceso en el otro extremo del aula o, al menos, una puerta de paso a través de un lateral el aula. Esta segunda solución es mucho más económica, pero el movimiento de personas arriba y abajo puede ocasionar distracción en el aula. 4.3.3. Condiciones acústicas finales del aula Tras el análisis de cada uno de los elementos constructivos del aula y los materiales que los componen, es necesario determinar de manera exhaustiva las condiciones acústicas finales de esta. Se puede construir una nueva tabla de absorciones acústicas del aula, más exacta que las realizadas anteriormente, para la determinación del tiempo de reverberación final. ZONA MATERIAL SUPERFICIE Puerta 2 hojas Chapa metálica 1,8 x 2 m 3,6 COEF. ABSORCION Superficie x α 0 0,00 Ventanas Vidrio >6 mm espesor Pizarra Madera 9 x (1,45 x 1,3) 17 0,12 2,04 7 x 1,5 10,5 0,07 Luminarias Chapa metálica 0,74 15 x (1,23 x 0,61) 11,3 0 0,00 2 Pared trasera Yeso en muro 2,6 x 10 26 0,05 1,30 Pared delantera Yeso en muro 2,6 x 10 - pizarra 15,5 0,05 0,78 Pared lateral puerta Yeso en muro 2,6 x 15 - puerta 35,4 0,05 1,77 Pared lateral ventanas Yeso en muro 2,6 x 15 - ventanas 22 0,05 1,10 Techo Paneles fibra vidrio 5 cm 15 x 10 - luminarias 138,7 0,85 117,90 Suelo Loseta plástica 15 x 10 150 0,03 TOTAL 430 VOLUMEN 15 x 10 x 2,6 4,50 130,12 390 Tabla 4.8. Características del aula con medidas de absorción acústica justas. Con los datos calculados en la tabla, se puede obtener el tiempo de reverberación del aula a partir de la ecuación de Sabine. TR(60) = 0,161 ⋅ 390 = 0, 48segundos 130,12 (Ec. 4.16) Este valor es muy bueno pero excesivo, ya que para aulas docentes debe situarse entre 0,8 y 1,5 segundos, aunque diversas referencias bibligráficas consideran más adecuados valores entre 0,6 y 1,0 segundos. De este resultado se concluye que el simple echo de - 96 Memoria _______________________________________________________________________________________ colocar un falso techo, reduciendo el volumen del aula, el tiempo de reverberación se reduce de manera significativa. Si se mantuviesen todos los elementos y materiales de absorción pero se prescindiese de instalar el falso techo, el tiempo de reverberación se dispararía a 3,4 segundos. Un tiempo de reverberación demasiado corto en un aula de 15 metros de longitud puede dificultar la llegada del sonido de la voz del profesor hasta el fondo del aula. Por ello se propone instalar algunos de los paneles centrales del falso techo de chapa metálica, demanera que reflejen el sonido hacia el final del aula, aumentando el tiempo de reverberación hasta valores más adecuados. Con esta solución constructiva se obtienenuevos valores. ZONA MATERIAL SUPERFICIE Puerta 2 hojas Chapa metálica 1,8 x 2 Ventanas Vidrio >6 mm espesor 9 x (1,45 x 1,3) 17 0,12 2,04 Pizarra Madera 7 x 1,5 10,5 0,07 0,74 2 m 3,6 COEF. ABSORCION Superficie x α 0 0,00 Luminarias Chapa metálica 15 x (1,23 x 0,61) 11,3 0 0,00 Pared trasera Yeso en muro 2,6 x 10 26 0,05 1,30 Pared delantera Yeso en muro 2,6 x 10 - pizarra 15,5 0,05 0,78 Pared lateral puerta Yeso en muro 2,6 x 15 - puerta 35,4 0,05 1,77 Pared lateral ventanas Yeso en muro 2,6 x 15 - ventanas 22 0,05 1,10 Techo Paneles fibra vidrio 5 cm 125 m2 - luminarias 113,7 0,85 96,65 Techo metálico Chapa metálica 5x5 25 0 0,00 Suelo Loseta plástica 15 x 10 150 0,03 TOTAL 430 VOLUMEN 15 x 10 x 2,6 4,50 108,87 390 Tabla 4.9. Características del aula con medidas de absorción acústica adecuada. Con estos datos se obtiene un tieo de reverberación más adecuado, apto para personas incluso con ligeros problemas de audición: TR(60) = 0,161 ⋅ 390 ≈ 0, 6segundos 109,87 (Ec. 4.17) DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 97 _______________________________________________________________________________________ La siguiente tabla resume todas las características acústicas del aula diseñada. Característica Valores Valoración Nivel presión sonora 41 dB(A) aceptable Relación señal/ ruido 14 dB(A) buena Tiempo revereración 0,6 s muy bueno Coprensión del habla >90% buena Absorción falso techo α = 0,85 muy alta 30 - 40 dB(A) bueno 50 dB(A) muy bueno 40 - 43 dB(A) aceptable Aislamiento puertas Aislamiento ventanas Aislamiento tabique móvil Tabla 4.10. Resumen de condiciones acústicas finales del aula. Además de las características térmicas y acústicas de los elementos aislantes, hay que tener en cuenta otros factores de gran importancia. El color es un estímulo para trabajar y un elemento diferenciador de cada ambiente. Por este motivo, hay que poner cierta atención a la función decorativa de los sistemas de aislamiento del aula. Existe una amplia variedad de acabados para cada producto que ofrece múltiples combinaciones en las tres dimensiones del espacio interior. Las siguientes imágenes muestran la variación en la sensación del espacio y agradabilidad del ambiente según los colores de los paneles absorbentes de techo y las paredes, así como la estructura de soporte de estos. La simulación ha sido realizada mediante una aplicación informática de la empresa Movinord S.A [8]. Fig. 4.15. Simulación con paneles de madera en paredes y plafón en el techo, con separadores metálicos sin pintar. - 98 Memoria _______________________________________________________________________________________ Fig. 4.16. Simulación con paneles de madera clara en paredes y plafón en el techo, con separadores metálicos sin pintar. Fig. 4.17. Simulación con paneles blancos en paredes y plafón en el techo, con separadores pintados de blanco. Para el color de los acabados siempre se utilizará un color claro, excepto en mobiliario y suelo, para evitar reflejos. La estructura metálica del techo también será de color claro. Esta combinación genera una mayor sensación de espacio, y crea menos estrés visual y distracción que si existiesen múltiples colores en el aula. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 99 _______________________________________________________________________________________ 4.4. Acústica en ventilación y climatización Existe un problema común en aulas grandes, el de conseguir un rápido intercambio de aire con un bajo nivel de ruido. Este sistema requiere el uso de conductos para la ventilación y rejillas difusoras especialmente diseñadas para estas aplicaciones. En el caso de utilizar un sistema de ventilación o climatización común para varias aulas se deben efectuar las conexiones al aparato central a través de vías totalmente separadas entre sí, con el fin de evitar transmisión de ruidos. A la hora de colocar aparatos de climatización dentro del aula, estos deben disponer de varias velocidades, para no generar un ruido innecesario. Los compresores siempre se deben colocan en el exterior y lo más alejado posible de las ventanas. Siempre que sea posible se utilizarán aparatos de climatización centralizados fuera de las aulas y con conductos de aire hacia el interior de estas. Con conductos no rectilíneos se genera una mayor pérdida de carga del fluido, con un mayor consumo, pero se reduce la transmisión de ruidos. La siguiente tabla muestra unos valores aproximados de criterio de ruido para aparatos de climatización. En un aula docente este no debe exceder de 30-35. Aparato Criterio de Ruido (NC) Aparatos de ventana 55-60 Aparato de pared (fan-coil) Conducto del exterior 45-50 (alta velocidad) 30-35 (baja velocidad) < 25 Tabla 4.11. Criterio de ruido de aparatos de climatización Según los datos de la tabla, si se instalan aparatos de climatización dentro de las aulas, deberán tener la capacidad suficiente par regular la temperatura de todo el recinto funcionando a baja velocidad. Se puede utilizar la alta velocidad mientras no se utiliza el aula para una climatización óptima de manera rápida. - 100 Memoria _______________________________________________________________________________________ Aire Acondicionado Todas las recomendaciones de ventilación y climatización son aplicables a la instalación de aparatos de aire acondicionado. A continuación se muestran algunas más de gran importancia des del punto de vista acústico. • El ruido generado en las rejillas de salida depende fuertemente de la velocidad del aire; por ello se aconsejan velocidades inferiores a 2,5 m/s. • Cuanto mayor sea el ventilador más silencioso será su funcionamiento, ya que generará el mismo caudal de aire a menor velocidad que un ventilador más pequeño. • Para la distribución de aire en las salas se recomienda el uso de rejillas difusoras de cinco o siete direcciones. • Deben utilizarse conductos de hierro galvanizado de sección rectangular recubiertos exteriormente por fibra de vidrio, para reducir la transmisión de vibraciones a la estructura del edificio, además de proporcionar aislamiento térmico. • En los codos de los conductos, las superficies perpendiculares al flujo de aire deben ser redondeadas. • Se deben utilizar empalmes de goma en los conductos, de tal forma que no exista conexión rígida entre estos, el ventilador y la estructura de la sala. • En caso de que dos salas compartan un mismo conducto de ventilación se recomienda separar al máximo las salidas de aire y realizar quiebres angulares en estos, con revestimiento absorbente interior, con codos redondeados. • Se recomienda montar el ventilador sobre una base aislante de vibraciones. Si la frecuencia de oscilación del ventilador (fd) y la frecuencia natural de la base (fn) son iguales, aparece el efecto de resonancia y se transmite máxima energía hacia la estructura. Para evitarlo, se debe cumplir que: fd ≥ 2 ⋅ fn (Ec. 4.18) Cada vez que la razón fd / fn es doblada el aislamiento acústico incrementa entre 4 y 6 dB. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 101 _______________________________________________________________________________________ En caso de que sea necesario, se puede utilizar un silenciador resonador para reducir el ruido transmitido de los conductos del aire al aula. En estos aparatos es posible regular su longitud L, su sección S y, por tanto, el volumen V de su cavidad de resonancia. Esta regulación sirve para sintonizar la frecuencia de máxima absorción a la frecuencia del ruido. La frecuencia del ruido se puede determinar numéricamente mediante la siguiente ecuación: f ruido ( Hz ) = RPM ventilador ⋅ N aspas s 60 min (Ec. 4.19) Fig. 4.18. Gráfico de atenuación del nivel del ruido y esquema del silenciador resonador Del gráfico se deduce que sólo existe un punto en el que el silenciador actúa con la máxima eficacia, y es a la frecuencia del ruido. Otro sistema de atenuación del nivel del ruido es el silenciador reactivo. Con este elemento existen diversos picos de atenuación del ruido. Estos picos aparecen cada (λ/4)·(2n-1) veces (con n = 1, 2, etc.), siendo λ la longitud de onda del sonido. Hay que tener en cuenta que la atenuación disminuye al aumentar n. Fig. 4.19. Gráfico de atenuación del nivel del ruido y esquema del silenciador reactivo - 102 Memoria _______________________________________________________________________________________ El silenciador se debe ajustar al mayor de los picos posible, variando la longitud L y la razón entre las secciones S1 y S2. Instalación de climatización En este apartado se describen las condiciones constructivas adecuadas para instalar un sistema de climatización dentro del aula, si no es posible hacerlo fuera de ella. Dadas las indicaciones anteriores, se propone construir una estructura de perfiles huecos suspendida del forjado, mediante amortiguadores de baja frecuencia con una carga unitaria de 50 Kg., que sirve de soporte de la climatizadora que se instale en el aula. Mediante una estructura auxiliar de canales y montantes de 48/50 mm se fijan los cerramientos de un posible apantallado del aparato de climatización, para reducir la transmisión de ruidos. El apantallamiento sólo se realiza en situaciones de ruido muy alto. Fig. 4.20. Amortiguador de baja frecuencia, a tracción, AC-500. La maquinaria de climatización debe apoyarse sobre amortiguadores, para evitar la transmisión de ruidos, vibraciones y esfuerzos no deseados a la estructura. Fig. 4.21. Amortiguador de baja frecuencia, a compresión, BF-900-B. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 103 _______________________________________________________________________________________ Es posible realizar un apantallamiento de la máquina de climatización, si se encuentra dentro del aula, mediante panales NETO (compañía ISOVER) fijados sobre montantes de unos 50 mm. Los conductos de climatización y ventilación se sitúan por debajo del techo continuo, siendo ocultados por el techo absorbente acústico. Para la construcción de los conductos de climatización y ventilación, se parte de paneles CLIMAVER NETO, de la misma compañía, que aportan una elevada atenuación acústica. Tabla 4.12. Atenuación acústica según tipo de paneles. A la salida de los conductos del aire se deben instalar rejillas distribuidoras de baja transmisión de ruido. Son adecuadas a este caso las rejillas de impulsión, si se quiere un flujo de aire forzado en una dirección concreta, o rejillas de difusión, para repartir uniformemente el aire sin causar molestias a los usuarios por contacto directo con el flujo. Fig. 4.22. Rejilla de impulsión. Fig. 4.23. Rejilla de difusión. - 104 Memoria _______________________________________________________________________________________ 4.5. Conclusiones El estudio de la acústica es muy importante durante el diseño de cualquier recinto, y lo es especialmente en centros de enseñanza. La acústica suele generar situaciones inadecuadas para la correcta realización de las actividades docentes en las aulas, pero un correcto estudio y diseño permite utilizarla como aliada para mejorar las condiciones del recinto. Cada vez más, la acústica adquiere mayor importancia en el diseño arquitectónico debido a diversos motivos bastante críticos: • Existe una normativa legal vigente sobre acústica en constante crecimiento y cada vez más exigente. • La toma de medidas por encima de las mínimas establecidas por la normativa es un parámetro de calidad muy considerado en la construcción. • Con el paso del tiempo crece la inquietud pública por el aislamiento acústico de los edificios, aumentando las exigencias en los materiales y procesos de construcción. • La competitividad en el sector de la construcción hace tender hacia la inversión en la prevención de problemas acústicos, en vez de realizar grandes inversiones en la corrección de dicho problemas tras finalizar las obras. • Existe una creciente consciencia de la necesidad de bienestar de las personas en general como condición imprescindible para el buen rendimiento laboral e intelectual. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 105 _______________________________________________________________________________________ 5. Ventilacion y climatización 5.1. Introducción La instalación de climatización tiene como misión mantener la temperatura, humedad y calidad del aire dentro de los límites establecidos en cada caso concreto. Toda instalación debe cumplir con el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) [11]. La instalación de climatización esta diseñada para proporcionar un mayor bienestar a los usuarios de los locales. Para ello, debe mantener una temperatura que puede oscilar, como mínimo, entre los 20 y 25 °C y mantener niveles próximos al 50% de humedad relativa. Además, debe realizar una ventilación adecuada, con un número de renovaciones de aire adaptada al número de personas y la actividad que realizan. Las condiciones de ventilación se ven afectadas por las características arquitectónicas del local. El RITE establece unos valores aproximados de las condiciones del ambiente que se deben dar en interiores. Estación Verano Invierno Temperatura Operativa ºC 23 - 25 20 - 23 Velocidad media del aire m/s 0,18 - 0,24 0,15 - 0,20 Humedad relativa % 40 - 60 40 - 60 Tabla 5.1 Condiciones interiores de diseño En el diseño del aula informática se debe seleccionar un tipo de instalación de aire acondicionado en función de determinados criterios: • • • • • Características del área a acondicionar y las actividades a desarrollar en el aula. Coste de la instalación y de su funcionamiento y mantenimiento. Posibilidades de adaptación de las condiciones de climatización. Nivel de ruido. Necesidades de aire frío y/o caliente. - 106 Memoria _______________________________________________________________________________________ Ya se ha comentado que por cuestiones económicas, acústicas y estéticas, en general, es preferible disponer de una instalación de climatización centralizada en el edificio, con conductos hacia el interior del aula. Fig. 5.1. Instalación de climatización centralizada En el caso de aulas de informática, la fuente de calor es múltiple y con una distribución aproximadamente uniforme: personas, equipos informáticos, proyector, etc. En estos casos se recomienda instalar un aparato de climatización centrado y dentro del falso techo, para distribuir de manera uniforme el aire climatizado. Se considera que un aula informática tiene unos requerimientos más exigentes que otro tipo de locales. Por ello debe disponer de un sistema propio y totalmente regulable desde dentro. Se deben utilizar conductos y rejillas que reduzcan la transmisión de ruido, como se detalla en el capítulo de acústica. 5.2. Condiciones de ventilación y climatización 5.2.1. Ventilación La ventilación es la renovación o reposición de aire sucio o contaminado por aire limpio. La renovación del aire en cualquier local es necesaria para reponer el oxígeno y evacuar los contaminantes del cuerpo humano o del proceso productivo, tales como el anhídrido carbónico, el vapor de agua, partículas en suspensión, etc., además de olores no deseados. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 107 _______________________________________________________________________________________ La renovación del aire, incluso suponiendo que no existan contaminantes, para reoxigenar el aula es de vital importancia, tal y como se muestra en la tabla de efectos de la concentración de oxígeno sobre el cuerpo humano. Concentración de Oxígeno en % Efectos sobre el cuerpo humano >19 Normalidad. 16-19 Disminución de capacidad de trabajo físico. Síntomas en personas con problemas respiratorios. 14-16 Dificultad de trabajo físico. Peligro para personas con problemas respiratorios. 11-14 Disminución de capacidad intelectual. Incapacidad de trabajo físico. 8-11 Posible inconsciencia según tiempo de exposición. <8 Posible muerte según tiempo de exposición. Tabla 5.2. Efectos de la concentración de oxígeno sobre el cuerpo humano La ventilación de un recinto se especifica con el volumen de aire renovado por unidad de tiempo, y se mide en m3/s, m3/h o L/s. Es habitual indicar el volumen de aire renovado por ocupante y unidad de tiempo, que equivale al cociente entre el caudal y el número de ocupantes del local (m3/s·pax, m3/h·pax o L/s·pax). También es habitual indicarlo por unidad de superficie y unidad de tiempo, que equivale al cociente entre el caudal y los metros cuadrados de superficie del local (m3/s· m2, m3/h· m2 o L/s· m2). La ventilación de un local puede ser natural o forzada. La ventilación natural es aquella en la que no hay aporte de energía artificial para lograr la renovación del aire. Esto se consigue dejando aberturas en el local, que comunican con el exterior: puertas, ventanas, rejillas, etc. Esta ventilación es mayor cuanto mayor son las aberturas. La ventilación forzada utiliza ventiladores para conseguir la renovación del aire. En general, la ventilación natural es suficiente cuando en el aula no hay más focos de contaminación que las personas que lo ocupan. El principal inconveniente de la ventilación natural es la dificultad de regulación. La tasa de renovación del aire en cada momento depende de las condiciones climatológicas y de la superficie de las aberturas de comunicación con el exterior. En situaciones climatológicas adversas (frío o calor extremo, lluvia, nieve, etc.), en las que no se pueden utilizar las aberturas, se dificulta enormemente la ventilación mínima. En casos de climatización dificultosa por temperaturas exteriores extremas (aire acondicionado o calefacción), resulta un gasto energético innecesario abrir puertas, ventanas y demás para ventilar. Por eso, en un aula - 108 Memoria _______________________________________________________________________________________ informática es necesario recurrir a una ventilación forzada para estos casos. La ventilación mínima vendrá cumplida cuando se utilice el sistema de climatización del aire interior. Con ventilación forzada la tasa de ventilación es totalmente regulable, en detrimento de un mayor coste eléctrico. Este es el único sistema de ventilación posible en caso de aulas interiores, sin aberturas al exterior. Las normativas de ventilación [9] establecen un mínimo de renovaciones del aire por hora en locales cerrados según la actividad que se realiza en ellos. En el caso de despachos este valor oscila entre 4 y 6. Para un aula informática, en la que existe una concentración de gente y de equipos informáticos conectados variable, se escoge el término medio de 5 renovaciones por hora. Con este dato y conociendo el volumen del aula, se obtiene el caudal de aire necesario que debe proporcionar el sistema de ventilación. renovs m3 3 Q =5 ⋅ (15 ⋅10 ⋅ 2, 6) m = 1.950 h h (Ec. 5.1) 5.2.2. Climatización La climatización consiste en tratar el aire de un local para conseguir unas condiciones de temperatura y humedad adecuadas independientemente de las condiciones climatológicas exteriores. Por motivos técnicos y económicos, el sistema de climatización suele ser de recirculación de aire. Este sistema toma aire del local a través de un circuito de retorno, lo acondiciona y lo reintroduce en el local. Aunque es posible diseñar y construir los circuitos de ventilación y climatización de un local de forma que sean independientes, en la mayoría de casos se aprovecha el mismo circuito, previendo una entrada de aire exterior que se mezcla con el aire de retorno antes de entrar en la unidad de acondicionamiento. En estos casos, hay que tomar medidas adecuadas para garantizar las tasas de renovación de aire del local adecuadas en función de la ocupación y uso del mismo. En el caso del aula, no es necesario un conducto de aspiración de aire exterior, ya que las concentraciones de contaminante nunca llegan a valores perjudiciales para la salud, y se consigue renovar el aire con la apertura de las puertas y/o ventanas entre clases. En general, toda la instalación de ventilación y climatización viene afectada por la normativa de protección contra incendios NBE-CPI. Su aplicación no es objeto de estudio DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 109 _______________________________________________________________________________________ de este proyecto, pero se considera importante destacar un par de puntos que afectan directamente a la instalación de climatización del aula. La normativa permite que la aspiración de aire de recirculación se realice a través del falso techo, por una rejilla de aspiración. Sin embargo, siempre que los conductos de ventilación atraviesen elementos de aislamiento contra incendios, estos deberán disponer en los puntos de corte de compuertas cortafuego. Estas compuertas deben tener un RF mayor o igual al del elemento atravesado. Esto impide la propagación de las llamas a través de los conductos en caso de incendio. 5.2.3. Aire Acondicionado La instalación de un sistema de aire acondicionado en un aula informática se considera necesaria, no sólo por cuestiones de salud sino de bienestar de los alumnos, profesores y demás usuarios. Son muchas las horas en que se trabaja de forma continuada en un recinto cerrado y junto a un gran número de personas y equipos que irradian gran cantidad de calor, lo que haría imposible el trabajo diario en ausencia de éste. A modo de ejemplo, se puede considerar que cada persona en reposo desprende una potencia, en forma de calor, de unos 100 W de media, igual que cada equipo informático. En el aula llena con 30 alumnos se genera un calor de: P = 30 ⋅100W + 30 ⋅100W = 6.000W (Ec. 5.2) Si de media un horno, que es una resistencia, consume un potencia de 2.000 W, el calor generado en el aula equivale a tener 3 hornos encendidos repartidos por el aula. Esto muestra de forma intuitiva y clara la importancia de un buen acondicionamiento del aire. Con los valores estimados en el ejemplo se obtiene que el equipo de climatización del aula debe proporcionar una potencia frigorífica superior a 6.000 W, ya que existen un rendimiento del equipo y pérdidas por transmisión de calor en puertas, ventanas, equipos y conductos, según la configuración del aula y el ambiente exterior. La potencia de calor podrá ser mucho menor a la de frío, debido a la alta generación de calor por parte de los equipos informáticos. Para realizar el cálculo de la potencia frigorífica del equipo necesario se utiliza una hoja de cálculo de la compañía ELNUR, S.A. [10]. Dicha hoja permite, siguiendo las bases de la ISO 9001, obtener un valor aproximado de la potencia necesaria según la configuración del aula, los equipos eléctricos y el número de personas en su interior. - 110 Memoria _______________________________________________________________________________________ Los datos utilizados para el cálculo son los siguientes. Superficie Altura 150,00 m2 2,6 m Paredes longitud tipo de ventanas tipo de (m) pared (m2) ventana Norte 10,00 0 0,00 Sur 10,00 0 0,00 Este 15,00 0 0,00 Oeste 15,00 1 16,91 Tipo de Pared: 2 Tipo de Ventana: Interior; 0 persiana exterior, toldo; 1 exterior; 1 persiana interior; 2 sin persiana; 3 Techo 1 interior; 1 exterior aislado; exterior sin aislar; 2 4 POTENCIA TOTAL NECESARIA: 9.504 frig./h Fig. 5.2. Hoja de cálculo de potencia necesaria, de ELUR, S.A. En los datos se ha considerado el aula estudiada como una del tipo más común, con una sola pared exterior y entre dos pisos. Los valores obtenidos son muy aproximados, ya que la potencia frigorífica necesaria depende de muchísimos factores, sobretodo de los no predecibles, como son la ocupación y la periodicidad de apertura de puertas, cortinas y persianas en el aula. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 111 _______________________________________________________________________________________ En la hoja de cálculo utilizada para obtener el resultado se indican los siguientes puntos para corregir la potencia obtenida: - - En este estudio se ha considerado un nivel de ocupación de 1-2 personas por habitación. En el caso de tener un nivel de ocupación superior, se añadirán 100 frigorías por persona añadida. Asimismo, no se ha considerado para el estudio la aportación adicional de calor procedente de alumbrado y electrodomésticos. Por cada kilowatio de potencia consumido se añadirán 860 frigorías más. Siguiendo estas indicaciones se deben sumar a la potencia obtenida los siguientes valores: Potencia básica Potencia Lumínica Potencia eléctrica Potencia calor humano Potencia frigorífica necesaria 15x(4x36W) 30x80W 28x100W P. eléctrica P frigorífica 9.504 frig/h 9.504 frig/h 2.160 W 1.200 W 2.800 W 12.864 W 1858 frig/h 1.400 frig/h 2.800 frig/h 15.560 frig/h Tabla 5.3. Potencia Frigorífica del equipo necesario en el aula. La potencia térmica consumida por los aparatos de climatización cumple la siguiente relación: PT consumida = PT necesaria + PT perdidas (Ec. 5.3) La potencia eléctrica absorbida de la red por parte de los equipos depende de la potencia térmica consumida y de su rendimiento: PElectrica = PT consumida η (Ec. 5.4) Teniendo en cuenta que los aparatos de climatización eléctricos funcionan con compresor, que tienen un rendimiento global entre el 60% y el 90%, resulta evidente la necesidad de minimizar la potencia térmica consumida y las pérdidas, para evitar que se dispare el consumo eléctrico. Esto se consigue mediante una buena arquitectura del aula y un buen aislamiento térmico de aparatos y conductos. - 112 Memoria _______________________________________________________________________________________ Las pérdidas por transmisión de calor a través de la superficie exterior de equipos y conducciones son relativamente pequeñas en comparación con la potencia de los propios equipos. Pero su efecto resulta apreciable si se observa la variación de la eficiencia, COP (“Coefficient of Performance”), de los equipos. COP = energía necesaria en el aula energía consumida por los equipos (Ec. 5.5) De las dos expresiones anteriores se puede deducir la importancia que tiene el aislamiento térmico de los equipos de climatización y sus conductos. En general, el aislamiento proporcionado por los fabricantes de los equipo es suficiente. Las medidas adoptadas para el aislamiento acústico de los conductos de ventilación también contribuyen enormemente a reducir pérdidas térmicas. En términos de eficiencia, los aparatos de climatización aceptables deben tener un COP ≥ 2,5. Se recomienda que este valor se sitúe por encima de 2,8, siendo deseable en el caso de grandes locales un valor por encima de 3,0. A pesar de existir en el mercado conductos plásticos y de otros materiales, el RITE sólo admite la instalación de los metálicos y de lana de vidrio. Lo más habitual es la utilización de conductos de acero galvanizado para distribuir el aire climatizado de manera uniforme por toda el aula. Estos se recubren de lana de vidrio con una lámina exterior impermeable al vapor de agua, actuando como aislante térmico. También puede aplicarse por el interior del conducto, con una capa protectora, actuando como absorbente acústico. Para reducir costes sin perder prestaciones se propone la instalación de conductos a base de paneles rígidos de lana de vidrio aglomerada con resinas termoendurecibles. La superficie externa del conducto está recubierta de un revestimiento que actúa de barrera de vapor y proporciona la estanqueidad al conducto. La cara interior del conducto está recubierta con un revestimiento de aluminio. La compañía ISOVER fabrica este tipo de paneles bajo la marca comercial CLIMAVER [7]; la versión “Neto” ya se han detallado en el capítulo de acústica. Cabe destacar, de manera orientativa, que una instalación de climatización a base de conductos de lana de vidrio y aislados supone un coste de unos 15€/ m2, mientras que con los de chapa metálica sin aislamiento supone un coste de unos 17€/m2 y genera unas DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 113 _______________________________________________________________________________________ pérdidas por infiltración de aire y transmisión de calor 5 veces mayores. Por ello se considera aconsejable la inversión en conductos aislados. Para disponer de las prestaciones y condiciones exigidas se propone la instalación de un aparato de aire acondicionado, con bomba de calor, de tipo Cassette de 4 vías, de la compañía MITSUBISHI. Este modelo de tipo horizontal está pensado para soluciones no domésticas de calefacción y refrigeración por aire de manera directa a través de sus rejillas de impulsión y/o a través de conductos. Para distribuir de manera más uniforme el aire por todo el aula se puede disponer de conductos que transporten el aire des del aparato, centrado en el aula, hasta los extremos del aula por los conductos. Para que la instalación sea los más eficiente posible, minimizando gasto energético y por tanto el consumo eléctrico, los diversos conductos del aula deberán poder abrir y cerrase a voluntad y de manera independiente. El termostato debe colocarse en la pared, y aislado térmicamente de esta, cerca del centro del aula. Fig. 5.3. Aire Acondicionado FDCA de MITSUBISHI Dentro de los posibles modelos, se escoge la FDCVA802 S, por diversos motivos: - Dispone de una potencia frigorífica por encima de la mínima exigida: 15.560 W. Tiene una eficiencia energética alta: COP > 3,5. Tiene un nivel sonoro aceptable para instalarse dentro del falso techo con aislamiento, ya que el compresor se instala en el exterior. El caudal de aire está por encima del mínimo necesario para ventilación: 1.950 m3/h. - 114 Memoria _______________________________________________________________________________________ A continuación se muestran las características del modelo escogido. Tabla 5.4. Características de los aparatos AA modela FDCA de MITSUBISHI DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 115 _______________________________________________________________________________________ 5.3. Conclusiones La instalación de climatización del aula informática tiene la función de regular diversos factores ambientales para el bienestar de todos los posibles usuarios: - Temperatura (mínimo de 20 a 25 ºC) Humedad (aproximadamente entre el 40 y el 60%) Mantenimiento de la calidad del aire (ventilación suficiente) Filtrado de partículas y olores (filtrado y ventilación suficientes) La instalación de climatización de un aula informática es de gran importancia. Concretamente, el frío no es un grave problema si los cerramientos del aula están bien aislados, pero el calor es un factor crítico a controlar, debido al gran número de fuentes de calor: ventanas, personas, equipos informáticos y proyector. Por ello, es imprescindible la instalación de un aparato de aire acondicionado. Las características de la instalación dependerán de diversos factores, que se pueden resumir en los siguientes: - Condiciones ambientales del aula Condiciones ambientales exteriores Condiciones de trabajo necesarias Nivel de ruido admisible Coste de instalación, mantenimiento y consumo Para el caso de aulas docentes, es necesario que la instalación posea una potencia frigorífica suficiente, velocidad regulable y silenciosa. Es deseable que el aparato sea regulable des de dentro. El correcto estudio de la ventilación y climatización del aula genera un mayor rendimiento físico e intelectual de los usuarios, mejor aprovechamiento del aula y una mayor duración de los equipos informáticos. - 116 Memoria _______________________________________________________________________________________ 6. Impacto medioambiental El Consejo de Ministros aprueba el Código Técnico de la Edificación (CTE), un documento normativo que establece las exigencias básicas de calidad, seguridad y habitabilidad de los edificios y sus instalaciones, para que el sector de la construcción se adapte a la estrategia de sostenibilidad económica, energética y medioambiental y que garantizará la existencia de unos edificios más seguros, más habitables, más sostenibles y de mayor calidad. Esta norma, que regula la construcción de todos los edificios nuevos y la rehabilitación de los existentes, tanto los destinados a viviendas como los de uso comercial, docente, sanitario deportivo, industrial o sociocultural, informa sobre materiales y técnicas de construcción para lograr edificios más seguros y eficientes desde el punto de vista energético y establece requisitos que abarcan desde la funcionalidad hasta los relativos a la seguridad y habitabilidad. El cumplimiento de estas normas permite reducir el impacto medioambiental de cualquier proyecto de contrucción y/ o adecuación de edificios. 6.1. Estudio de Impacto Ambiental Se llama evaluación de impacto ambiental o estudio de impacto ambiental (EIA) al análisis, previo a su ejecución, de las posibles consecuencias de un proyecto sobre la salud ambiental, la integridad de los ecosistemas y la calidad de los servicios ambientales que estos están en condiciones de proporcionar. El EIA se ha vuelto obligatorio en muchas legislaciones. La consecuencia de una evaluación negativa puede ser la paralización definitiva del proyecto. La Unión Europea lo introdujo como obligatorio en su legislación en 1985. El EIA se refiere siempre a un proyecto específico: tipo de obra, materiales a utilizar, procedimientos constructivos, trabajos de mantenimiento, tecnologías utilizadas, etc. Además de cumplir con las normas de calidad vigentes de la ISO 9001, en caso de que un proyecto requiera un sistema de gestión medioambiental se deben seguir las normas de la ISO 14001. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 117 _______________________________________________________________________________________ Fig. 6.1. Sellos de certificación de los sistemas de calidad y medioambiental según ISO El estudio de impacto ambiental es un instrumento importante para la evaluación del impacto ambiental de una intervención. Es un estudio técnico, objetivo, de carácter pluridisciplinar, que se realiza para predecir los impactos ambientales que pueden derivarse de la ejecución de un proyecto, actividad o decisión política permitiendo la toma de decisiones sobre la viabilidad ambiental del mismo. Es el documento básico para el proceso de Evaluación del Impacto Ambiental. 6.2. Impacto medioambiental de la adecuación del aula La adecuación de un aula informática de un edificio ya construido no está contemplada dentro de la legislación como un proyecto con impacto ambiental potencial. Pero esto no significa que no pueda afectar mínimamente. En el aula no se generan residuos, excepto durante su mantenimiento y, sobretodo, desmantelamiento. Pensando en esto, y con intención de disminuir el posible impacto ambiental, se considera importante mencionar algunos aspectos a tener en cuenta: • Utilizar materiales y elementos constructivos reciclados y reciclables, en la medida que sea posible. • Instalar equipos informáticos y electrónicos con un alto porcentaje de materiales reciclables. • Utilizar equipos informáticos de baja emisión de radiaciones y bajo consumo aprobados por la Comunidad Europea (CE) y con certificados de eficiencia energética, como el otorgado por Energy Star®, y de aprobación ergonómica TÜV. - 118 Memoria _______________________________________________________________________________________ • Recurrir a empresas con certificados de calidad y medioambiente para la adquisición de aparatos y elementos constructivos. Fig. 6.2. Sellos de certificación de calidad de AENOR Todos los equipos informáticos y aparatos eléctricos, como proyectores, aparatos de aire acondicionado y demás, deben ser de bajo consumo y deben cumplir las normativas energéticas y ambientales aprobadas por la CE. Como ya se ha mostrado en capítulos anteriores, la instalación del equipo de climatización está ajustada a las necesidades del aula, para minimizar el consumo eléctrico y la generación de calor hacia el exterior. Se conoce como los compresores de aparatos de aire acondicionado están contribuyendo de manera notable en el calentamiento global del planeta en los últimos años. La tecnología Inverter que se puede encontrar actualmente en los aparatos reduce notablemente su consumo eléctrico. Dichos compresores deben utilizar líquidos refrigerantes que cumplan las normas ecológicas y de reciclado. Fig. 6.3. Sellos de tecnología Inverter y de utilización de refrigerante ecológico DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 119 _______________________________________________________________________________________ La instalación de otros elementos ya comentados en capítulos anteriores contribuye a disminuir el consumo eléctrico en climatización del interior del aula: • Elementos de aislamiento térmico/ acústico de techo, suelo y paredes. • Falsos techos. • Muros móviles de compartimentación del aula. • Ventanas aislantes de doble vidrio y marco de PVC. • Cortinas de tejido o láminas de madera. Cabe mencionar que el impacto ambiental del aula des del punto de vista acústico y lumínico es despreciable. En caso de existir contaminación acústica, esto indicaría un mal aislamiento del aula, siendo peor para los usuarios del aula que para el exterior. La presencia de contaminación lumínica no debe ser notable, pero en caso de serlo se debe recurrir a sistemas de reducción de la iluminación interior filtrada a través de las ventanas, como vidrios ligeramente tintados o polarizados. - 120 Memoria _______________________________________________________________________________________ 6.3. Conclusiones Siempre que exista un impacto medioambiental potencial en el proyecto se debe realizar un EIA para que este sea aceptado por la autoridad competente. En él deben figurar el impacto esperado cuantitativa y cualitativamente, otras soluciones distintas a la propuesta y las actuaciones planificadas para minimizar el impacto de la solución adoptada. En el caso del diseño del aula informática, la presencia de impactos medioambientales notables haría pensar que algunas de las soluciones adoptadas no son las más adecuadas, ya que esto no debería suceder. Es importante tener en cuenta el aspecto más importante del aula respecto al impacto ambiental; el desprendimiento de calor hacia el exterior por parte de los compresores de los aparatos de aire acondicionado. Para reducir al máximo estos efectos, es necesario un diseño del sistema de climatización lo más ajustado posible a las necesidades del aula y un buen aislamiento de esta, para minimizar la potencia frigorífica utilizada. Otros aspectos como la contaminación acústica y la lumínica tampoco deberían ser percibidos. La presencia de contaminación acústica es señal de un mal diseño acústico interior y/ o constructivo. La presencia de contaminación lumínica no es habitual, pero puede solucionarse fácilmente utilizando elementos adecuados en las ventanas. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 121 _______________________________________________________________________________________ Conclusiones En los últimos años se ha podido observar como el diseño de puestos de trabajo ha evolucionado desde la simple aplicación de la técnica, desde un punto de vista económico y sin otro criterio, hasta la utilización de la técnica para adaptar el entorno a los usuarios. En el mundo empresarial esto ha avanzado enormemente en escasos años, llegando incluso a la subcontratación de empresas de auditoría en prevención de riesgos laborales. En cambio, en el ámbito estudiantil, sobretodo en centros de educación pública, se continúa con los antiguos criterios de diseño basados en el máximo aprovechamiento del espacio y ahorro, en detrimento de la seguridad y comodidad de los usuarios. Esto no sucede tan sólo en las aulas, sino en laboratorios, despachos de profesores, comedores, etc. En todo diseño de un puesto de trabajo deben tenerse muy presente las principales pautas de la ergonomía: 1. El usuario es el elemento más importante del sistema, y debe tenerse en consideración en todas las etapas del proyecto. 2. La adaptabilidad física y psíquica de las personas en muy limitada. Por ello el resto de elementos del sistema deben adaptarse a ellas, y no a la inversa. 3. Los usuarios nunca deben ser dañados ni física ni psíquicamente por una actividad dentro del sistema. Este proyecto ha proporcionado una base suficientemente completa para solucionar el problema expuesto, aportando criterios y soluciones de diseño ergonómicas fácilmente aplicables y dentro de un coste razonable. No se pretende sobredimensionar elementos innecesarios, sino ajustarse estrictamente a las necesidades de los usuarios en lo que respecta al bienestar de las personas. Se han tenido en cuenta los siguientes factores de trabajo en un aula informática: - Datos antropométricos de los posibles tipos de usuario. Elementos del puesto de trabajo. Ambiente lumínico. Ambiente acústico. Ambiente térmico. Impacto ambiental de los elementos y procesos utilizados. - 122 Memoria _______________________________________________________________________________________ Según los puntos anteriores a tener en cuenta, para el diseño ergonómico del aula informática se recomienda, al menos, el estudio de los siguientes puntos: - Dimensionado de los elementos de trabajo y su distribución. Iluminación general del aula: tipo de lámparas y luminarias, y su distribución. Aislamiento acústico del aula. Ventilación suficiente y climatización adecuada del aula. Respecto a las condiciones ambientales, además de cumplir las normativas correspondientes de la NBE, es necesario seguir otras recomendaciones, incluidas en la bibliografía, que permiten mejorar las condiciones de trabajo por encima de los mínimos. Un buen diseño y construcción iniciales del aula ahorran mucho en posteriores modificaciones. Para optimizar el diseño ergonómico del aula se deben estudiar otros puntos, como los hábitos de los alumnos, su organización del trabajo, la distribución de los horarios de las clases y su duración, etc. Estos puntos escapan del alcance de este proyecto, ya que son concretos de cada caso y tiempo. Este proyecto proporciona suficiente información para poder realizar el diseño de aulas de informática con características ligeramente distintas, anteponiendo la seguridad, la comodidad y el bienestar de todos los posibles usuarios. Estas condiciones de trabajo retrasan la fatiga de los usuarios, aumentando su rendimiento físico y mental, haciendo un mundo más cómodo para todos. DISEÑO DE UN AULA INFORMÁTICA - 123 _______________________________________________________________________________________ Bibliografía Referencias bibliográficas [1] MONDELO, PEDRO R.; GREGORI TORADA, ENRIQUE; BARRAU BOMBARDÓ, PEDRO; Ergonomía 1. Fundamentos. Barcelona, Edicions de la Universitat Politècnica de Catalunya, 1994. [2] MONDELO, PEDRO R.; GREGORI TORADA, ENRIQUE; BLASCO BUSQUETS, JOAN; BARRAU BOMBARDÓ, PEDRO; Ergonomía 3. Diseño de puestos de trabajo. Barcelona, Edicions de la Universitat Politècnica de Catalunya, 1998. [3] INSHT, Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo. Ergonomía y psicosociología del trabajo. Madrid, 2006. [http://www.mtas.es/insht] [4] INSHT, Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo. Datos antropométricos de la población aboral española. Sevilla, 1999. [5] HERRERO RUBIO, DAVID; PARISI MONREAL, ALBERT; Seminario de alumbrado. Barcelona, 2002. [6] ASA, Acoustical Society of America. Acústica en salones de clase (Partes I y II). Revista Ingenierías, Vol. IX, No. 30. Madrid, 2006. [7] SAINT-GOBAIN ISOVER. Manual de Aislamiento en la Edificación. Madrid, 2006. [http://www.isover.net] [8] MOVINORD, S.A. Guía de productos. Navarra, 2005. [http://www.movinord.com] [9] UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA. DEPARTAMENTO DE PROYECTOS. EUETIB. Proyectos de Ventilación. Barcelona, 2003. [10] ELNUR, S.A. Dimensionado de instalaciones de aire acondicionado. Madrid, 2006. [http://www.elnur.es] [11] SAINT-GOBAIN ISOVER. Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios y sus instrucciones técnicas complementarias. Madrid, 2006. [http://www.isover.net] - 124 Memoria _______________________________________________________________________________________ Bibliografía complementaria [12] SAN MARTÍN PÁRAMO, RAMÓN. Manual de Luminotecnia. Madrid, General de Ediciones Especializadas S.L., 2003. [13] BOIX, ORIOL; SAINZ, LUIS; CÓRCOLES, FELIPE; SUELVES, FRANCISCO J.; Tecnología Eléctrica. Barcelona, Ediciones Ceysa S.L., 2002. [14] UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA. APUNTES DE COSTRUCCIONES Y ARQUITECTURA INDUSTRIAL II. Concepos Básicos de Acústica. Barcelona, 2005. [15] SAINT-GOBAIN ISOVER. Norma Básica de la Edificación NBE-CA-88, sobre Condiciones Acústicas en los edificios. Madrid, 2006. [http://www.isover.net] [16] FETE-UGT CATALUNYA. Guies Prevenció Riscos Laborals. Barcelona, 2006. [http://www.feteugt.net]